根據(jù)TrendForce集邦咨詢(xún)資深研究副總吳雅婷表示，受惠于HBM銷(xiāo)售單價(jià)較傳統(tǒng)型DRAM（Conventional DRAM）高出數(shù)倍，相較DDR5價(jià)差大約五倍，加上AI芯片相關(guān)產(chǎn)品迭代也促使HBM單機(jī)搭載容量擴(kuò)大，推動(dòng)2023~2025年間HBM之于DRAM產(chǎn)能及產(chǎn)值占比均大幅向上。

產(chǎn)能方面，2023~2024年HBM占DRAM總產(chǎn)能分別是2%及5%，至2025年占比預(yù)估將超過(guò)10%。產(chǎn)值方面，2024年起HBM之于DRAM總產(chǎn)值預(yù)估可逾20%，至2025年占比有機(jī)會(huì)逾三成。

2024年HBM需求位元年成長(zhǎng)率接近200%，2025年將再翻倍

吳雅婷指出，今年第二季已開(kāi)始針對(duì)2025年HBM進(jìn)行議價(jià)，不過(guò)受限于DRAM總產(chǎn)能有限，為避免產(chǎn)能排擠效應(yīng)，供應(yīng)商已經(jīng)初步調(diào)漲5~10%，包含HBM2e，HBM3與HBM3e。而供應(yīng)商議價(jià)時(shí)間提早于第二季發(fā)生有三大原因：

其一，HBM買(mǎi)方對(duì)于AI需求展望仍具高度信心，愿意接受價(jià)格續(xù)漲。

其二，HBM3e的TSV良率目前僅約40~60%，仍有待提升，加上并非三大原廠都已經(jīng)通過(guò)HBM3e的客戶驗(yàn)證，故HBM買(mǎi)方也愿意接受漲價(jià)，以鎖定質(zhì)量穩(wěn)定的貨源。

其三，未來(lái)HBM每Gb單價(jià)可能因DRAM供應(yīng)商的可靠度，以及供應(yīng)能力產(chǎn)生價(jià)差，對(duì)于供應(yīng)商而言，未來(lái)平均銷(xiāo)售單價(jià)將會(huì)因此出現(xiàn)差異，并進(jìn)一步影響獲利。

展望2025年，由主要AI解決方案供應(yīng)商的角度來(lái)看，HBM規(guī)格需求大幅轉(zhuǎn)向HBM3e，且將會(huì)有更多12hi的產(chǎn)品出現(xiàn)，帶動(dòng)單芯片搭載HBM的容量提升。根據(jù)TrendForce集邦咨詢(xún)預(yù)估，2024年的HBM需求位元年成長(zhǎng)率近200%，2025年可望將再翻倍。


高帶寬內(nèi)存成就AI芯片算力飛躍

在人工智能算力的競(jìng)賽中，存儲(chǔ)技術(shù)的突破是決定性因素。作為新一代高性能存儲(chǔ)方案，高帶寬內(nèi)存（HBM以其卓越的帶寬和容量?jī)?yōu)勢(shì)，成為AI芯片發(fā)展的重要推手。

HBM最大的亮點(diǎn)就是超高的存儲(chǔ)帶寬。以HBM3為例，其理論帶寬高達(dá)3.2TB/s，是當(dāng)前主流GDDR6顯存的8倍以上。這意味著AI芯片可以更快地讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，大幅提升運(yùn)算效率。HBM還可以通過(guò)堆疊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)TB級(jí)別的大容量，滿足AI算法對(duì)海量數(shù)據(jù)的需求。

正是憑借這些獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，HBM逐漸取代傳統(tǒng)顯存，成為AI加速卡的標(biāo)配。英偉達(dá)旗艦AI芯片H100就采用了HBM3，使其顯存帶寬和容量分別比上一代提升43%和76%，算力也隨之大幅飆升。

業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì)，未來(lái)幾年HBM需求將快速增長(zhǎng)，2023年全球需求量將增近六成。這主要得益于AI浪潮的推動(dòng)，各大芯片廠商紛紛推出新一代AI加速卡，而HBM正是其中的核心配件。

HBM的制造工藝遠(yuǎn)比傳統(tǒng)芯片復(fù)雜。它需要將多個(gè)存儲(chǔ)芯片堆疊在一起，對(duì)前后道制程的要求更加苛刻。關(guān)鍵的鍵合環(huán)節(jié)技術(shù)也有待進(jìn)一步發(fā)展和突破。

三大原廠壟斷市場(chǎng)，開(kāi)啟軍備競(jìng)賽

圖形和服務(wù)器 DRAM 三大家壟斷程度高。未來(lái) DRAM 制程演進(jìn)需要使用 EUV 光刻技術(shù)，三星最早使用。 1）DRAM 制程：進(jìn)入 10nm 級(jí)別制程后迭代速度放緩，使用 1x（16- 19nm）、1y（14-16nm）、1z（12-14nm）等字母表示，另外三星海力士使 用 1a（約 13nm）、1b（10-12nm）、1c（約 10nm），對(duì)應(yīng)美光 1α、1β、 1γ。 2）三星在 1znm 就已使用 EUV 光刻技術(shù)。三星在 2020 年在 1znm DDR5 上采用 1 層 EUV，2021 年量產(chǎn)采用 5 層 EUV 的 DDR5，三星是首家在 DRAM 采用 EUV 光刻技術(shù)的廠商，也是在 DRAM 上使用 5 層 EUV 的 廠商。而海力士和美光在 1znm 仍然使用 ArF-i 光刻工藝，2021 年海力 士在 1anm 轉(zhuǎn)向使用 EUV，后續(xù)在 1bnm 繼續(xù)使用 EUV。而美光在 2023 年宣布開(kāi)始在 1cnm（1γ制程）使用 EUV 光刻技術(shù)。EUV 技術(shù)，制程 更小、單位容量更大，成本更有優(yōu)勢(shì)。

2024 年三大原廠將以迭代量產(chǎn) 1bnm（1β）為主，海力士和美光 HBM3E 將直接使用 1bnm，三星采用 1anm。 目前，DRAM 先進(jìn)制程技術(shù)已發(fā)展至第五代 10nm 級(jí)別，美光稱(chēng)之為 1 βnm DRAM，三星和海力士稱(chēng)為 1bnm DRAM。美光最先量產(chǎn) 1bnm 級(jí) 別 DRAM。三星透露將于 2026 年推出 DDR6 內(nèi)存，2027 年即實(shí)現(xiàn)原生 10Gbps的速度。據(jù)披露，三星正在開(kāi)發(fā)行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的 11nm 級(jí) DRAM 芯片。

三星和海力士壟斷 9 成 HBM 市場(chǎng)，美光份額落后。HBM 市場(chǎng)壟斷效應(yīng) 更強(qiáng)，2022 年海力士/三星份額為 50%/40%，美光份額僅 10%，海力士 HBM3 產(chǎn)品領(lǐng)先其他原廠，是英偉達(dá) AI 芯片 HBM 的主要供應(yīng)商，份額 最高，而三星著重滿足其他云端服務(wù)業(yè)者的訂單，在客戶加單下，預(yù)計(jì) 在 HBM3 與海力士的市占率差距會(huì)大幅縮小，2023~2024 年三星和海力 士市占率預(yù)估相當(dāng)，合計(jì)擁 HBM 市場(chǎng)約 95%的市占率，不過(guò)因客戶組 成略有不同，在不同季度的出貨表現(xiàn)可能有先后。

美光因技術(shù)路線判斷失誤在 HBM 市場(chǎng)份額比較低，在追趕中。美光此 前在 HMC 投入更多資金，HMC（Hybrid Memory Cube，混合內(nèi)存立方 體）將 DRAM 堆疊、使用 TSV 硅穿孔技術(shù)互連，DRAM 下方是一顆邏 輯芯片，從處理器到存儲(chǔ)器的通信是通過(guò)高速 SERDES 數(shù)據(jù)鏈路進(jìn)行 的，該鏈路會(huì)連接到 DRAM 下面的邏輯控制器芯片，但不同于 HBM， HBM 是與 GPU 通過(guò)中介層互連。HMC 是與 HBM 競(jìng)爭(zhēng)的技術(shù)，美光 2011 年推出 HMC，海力士 2013 年推出 HBM，HMC 與 HBM 開(kāi)發(fā)時(shí)間 相近，但 HBM 未被大規(guī)模使用，美光 2018 年由 HMC 轉(zhuǎn)向 HBM。

2023 年主流需求自 HBM2E 轉(zhuǎn)向 HBM3，預(yù)計(jì) 2024 年轉(zhuǎn)向 HBM3 及 3E。隨著使用 HBM3 的 AI 訓(xùn)練芯片陸續(xù)放量，2024 年市場(chǎng)需求將大幅 轉(zhuǎn)往 HBM3，而 2024 年將有望超越 HBM2E，比重預(yù)估達(dá) 60%，且受惠 于其更高的平均銷(xiāo)售單價(jià)，將帶動(dòng)明年 HBM 營(yíng)收顯著成長(zhǎng)。

海力士是 HBM 先驅(qū)、技術(shù)最強(qiáng)，最早與 AMD 合作開(kāi)發(fā)，三星緊隨其 后。 海力士在 2015 年首次為 AMD Fiji 系列游戲 GPU 提供 HBM，該 GPU 由 Amkor 進(jìn)行 2.5D 封裝，隨后推出使用 HBM2 的 Vega 系列，但 HBM 對(duì)游戲 GPU 性能未產(chǎn)生太大改變，考慮沒(méi)有明顯的性能優(yōu)勢(shì)和更高的成 本，AMD 在 Vega 之后的游戲 GPU 中重新使用 GDDR，目前英偉達(dá)和 AMD 的游戲 GPU 仍然使用更便宜的 GDDR。隨著 AI 模組中參數(shù)數(shù)量 的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，內(nèi)存墻問(wèn)題愈加突出，英偉達(dá)在 2016 年發(fā)布首款 HBM GPU P100，后續(xù)英偉達(dá)數(shù)據(jù)中心 GPU 基本都采用海力士 HBM。 海力士 22Q4 量產(chǎn)全球首款 HBM3，而三星由于此前降低 HBM 的投入 優(yōu)先級(jí)，HBM3 較海力士晚推出一年。

三大原廠積極擴(kuò)產(chǎn) HBM 和推進(jìn)產(chǎn)品迭代，預(yù)計(jì) 24H2 HBM3E 量產(chǎn)，未 來(lái)成為市場(chǎng)主流。 1）海力士：24 年 Capex 優(yōu)先保障 HBM 和 TSV 產(chǎn)能，23 年 HBM 產(chǎn)能 已出售完、同時(shí)持續(xù)收到額外需求，預(yù)計(jì) DDR5 和 HBM 產(chǎn)線規(guī)模將在 24 年增長(zhǎng) 2 倍+。公司已從 2023 年 8 月開(kāi)始提供 HBM3E 樣品，2024 年 1 月中旬結(jié)束開(kāi)發(fā)，3 月開(kāi)始量產(chǎn) 8 層 HBM3E，3 月底發(fā)貨。12 層 HBM3E已于 2 月送樣。 2）三星：計(jì)劃 24 年 HBM 產(chǎn)能提高 2.5 倍。23Q3 已量產(chǎn) 8 層和 12 層 HBM3，計(jì)劃 Q4 進(jìn)一步擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，并開(kāi)始供應(yīng) 8 層 HBM3E 樣品， 2024 年 2 月底發(fā)布 12 層 HBM3E ，預(yù)計(jì) H1 量產(chǎn)。 3）美光：跳過(guò) HBM3，直接做 HBM3E，2024 年 3 月宣布量產(chǎn) 8 層 HBM3E ，將用于英偉達(dá) H200，3 月送樣 12 層 HBM3E。

國(guó)產(chǎn)HBM制造難關(guān)待解 美國(guó)管制增添阻力

雖然HBM在AI加速卡中大放異彩，但其制造工藝的復(fù)雜程度卻遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)芯片。HBM需要將多個(gè)存儲(chǔ)芯片堆疊在一起，對(duì)前后道制程環(huán)節(jié)的要求更加苛刻。

以光刻工序?yàn)槔琀BM堆疊結(jié)構(gòu)使得曝光面積大幅增加，對(duì)光刻機(jī)的成像質(zhì)量和對(duì)準(zhǔn)精度都提出了更高要求。在后道環(huán)節(jié)，HBM芯片需要進(jìn)行減薄、切割等步驟，對(duì)設(shè)備的精度控制也是一大考驗(yàn)。

而最關(guān)鍵的鍵合環(huán)節(jié)更是技術(shù)難題。目前主流是采用TCB壓合和MR兩種方案，但都存在一定缺陷。TCB壓合雖然成熟，但存在引線過(guò)長(zhǎng)、信號(hào)衰減的問(wèn)題；MR方案雖然線路短，但成本較高且良率較低。

混合鍵合或?qū)⒊蔀橹髁鞣较颉ＫY(jié)合了兩種方案的優(yōu)點(diǎn)，有望進(jìn)一步提高HBM的性能和可靠性。但這項(xiàng)技術(shù)目前仍處于起步階段，還需要大量研發(fā)投入。

除了技術(shù)難關(guān)，HBM產(chǎn)業(yè)還面臨著來(lái)自美國(guó)的管制威脅。美國(guó)政府最新修訂出口管制新規(guī)，進(jìn)一步限制包括英偉達(dá)、AMD在內(nèi)的AI芯片和半導(dǎo)體設(shè)備對(duì)華出口，以防中國(guó)獲取先進(jìn)AI芯片技術(shù)。

這無(wú)疑將給中國(guó)HBM產(chǎn)業(yè)鏈帶來(lái)巨大沖擊。目前，中國(guó)HBM產(chǎn)能主要集中在長(zhǎng)江存儲(chǔ)、華虹無(wú)錫等企業(yè)，但上游設(shè)備和關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)仍嚴(yán)重依賴(lài)進(jìn)口。一旦美國(guó)＂拉閘門(mén)＂，中國(guó)HBM產(chǎn)業(yè)發(fā)展將陷入停滯。

挑戰(zhàn)與機(jī)遇往往并存。美國(guó)管制措施無(wú)疑將加速中國(guó)半導(dǎo)體自主可控進(jìn)程，從而推動(dòng)HBM國(guó)產(chǎn)化替代步伐。中國(guó)企業(yè)也在加大HBM研發(fā)投入，期望在這場(chǎng)AI算力競(jìng)賽中贏得主動(dòng)權(quán)。