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作者 | 方文三
AI數(shù)據(jù)中心所需的HBM和大容量eSSD等高附加值尖端內(nèi)存產(chǎn)品的需求預(yù)計(jì)明年將持續(xù)強(qiáng)勁。
該產(chǎn)品也是三星電子、SK海力士等國(guó)內(nèi)企業(yè)主導(dǎo)的市場(chǎng)。在這種形勢(shì)下，HBM成為了一個(gè)重要的突破口，這也是三大巨頭加大在這方面投入的原因之一。
主要是因?yàn)樵摷夹g(shù)有望帶來(lái)尖端的性能和效率數(shù)據(jù)，這也是提升AI計(jì)算能力的關(guān)鍵，圍繞這項(xiàng)技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)也開(kāi)始變得激烈。
HBM4的量產(chǎn)競(jìng)爭(zhēng)達(dá)到白熱化階段
HBM4，作為高帶寬存儲(chǔ)器技術(shù)的最新進(jìn)展，預(yù)期將進(jìn)一步擴(kuò)展這些優(yōu)勢(shì)，成為未來(lái)科技發(fā)展的關(guān)鍵推動(dòng)力量。
這一前景使得它成為眾多半導(dǎo)體制造商爭(zhēng)奪的焦點(diǎn)，圍繞HBM4的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)正式展開(kāi)。
諸如三星、SK海力士、美光等存儲(chǔ)行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)紛紛加入競(jìng)爭(zhēng)，力圖在這片新興領(lǐng)域中占據(jù)有利位置，掌握未來(lái)半導(dǎo)體存儲(chǔ)技術(shù)的制高點(diǎn)。
在歷史上，HBM的使用主要集中在英偉達(dá)等制造商手中。
然而，ZDnet預(yù)測(cè)，以英偉達(dá)為先鋒的HBM市場(chǎng)將在來(lái)年迎來(lái)重大變革。
這是因?yàn)槿蛑饕萍脊境掷m(xù)致力于開(kāi)發(fā)自家的AI半導(dǎo)體，并且在尖端HBM技術(shù)上的應(yīng)用日益增加。
業(yè)界專家指出，如谷歌、Meta、亞馬遜等全球科技巨頭對(duì)HBM的需求有望顯著增長(zhǎng)。
舉例來(lái)說(shuō)，谷歌在其第六代TPU[Trillium]上集成了HBM3E技術(shù)。
AWS計(jì)劃在其專為AI學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的[Trainium2]芯片組中采用HBM3和HBM3E技術(shù)。
相較于HBM3E，HBM4的單個(gè)堆棧帶寬已達(dá)到1.6TB/s，顯著增強(qiáng)了內(nèi)存系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐能力，更高效地滿足了AI、深度學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)處理以及高性能計(jì)算等對(duì)內(nèi)存性能日益增長(zhǎng)的需求。
預(yù)計(jì)在來(lái)年，AI數(shù)據(jù)中心對(duì)HBM和eSSD等高端存儲(chǔ)產(chǎn)品的需求將持續(xù)強(qiáng)勁。
這些產(chǎn)品的市場(chǎng)主要由國(guó)內(nèi)企業(yè)如三星電子、SK海力士等主導(dǎo)。
與此同時(shí)，傳統(tǒng)通用存儲(chǔ)產(chǎn)品正面臨供應(yīng)過(guò)剩的情況，其價(jià)格自今年第四季度起已開(kāi)始下降。
信息技術(shù)需求持續(xù)低迷，新興企業(yè)的激進(jìn)擴(kuò)張策略正逐漸成為迫在眉睫的危機(jī)。在這樣的市場(chǎng)背景下，HBM技術(shù)成為了關(guān)鍵的發(fā)展機(jī)遇。
這也是為何行業(yè)三大巨頭紛紛增加對(duì)這一領(lǐng)域的投資,圍繞這一技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)也日益加劇。
SK海力士：全球首家向客戶供應(yīng)HBM4樣品
在3月19日，SK海力士宣布全球首發(fā)了專為AI計(jì)算設(shè)計(jì)的12層HBM4樣品，并已向主要客戶開(kāi)始出貨，預(yù)計(jì)將于2025年下半年完成量產(chǎn)準(zhǔn)備。
作為第六代HBM產(chǎn)品，該芯片的帶寬提升至每秒2TB，相當(dāng)于同時(shí)處理超過(guò)400部全高清（FHD）電影的數(shù)據(jù)量，較HBM3E提升了60%。
預(yù)計(jì)明年下半年，Vera Rubin NVL144將升級(jí)至新一代HBM4內(nèi)存；
后年下半年，Rubin Ultra NVL576將進(jìn)行進(jìn)一步升級(jí)，采用加強(qiáng)版HBM4E內(nèi)存；
而至2028年，F(xiàn)eynman全新架構(gòu)有望首次搭載HBM5內(nèi)存。
據(jù)臺(tái)灣媒體報(bào)道，SK Hynix 在HBM4測(cè)試中的良率達(dá)到70%。
有業(yè)內(nèi)人士透露，SK海力士的目標(biāo)是到2024年底，良率將超過(guò)60%，而最近的進(jìn)展進(jìn)一步提高了這一數(shù)字，改進(jìn)的速度非?？?。
英偉達(dá)下一代Blackwell系列的繼任者Rubin將搭載HBM4存儲(chǔ)器。
隨著SK海力士HBM4的加速量產(chǎn)，部分分析師預(yù)測(cè)該平臺(tái)可能提前至2025年下半年投入生產(chǎn)，并在2026年下半年正式上市。
SK海力士正式宣布，作為全球首家，已向主要客戶供應(yīng)第六代HBM4樣品，此舉象征著該公司在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)了有利位置。
樣品的供應(yīng)表明產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工作已步入尾聲，制造商將依據(jù)客戶在認(rèn)證過(guò)程中的反饋，對(duì)產(chǎn)品的性能和穩(wěn)定性進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。
SK海力士表示，憑借其在HBM市場(chǎng)中的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，已提前完成了HBM4 12層樣品的發(fā)貨，并已開(kāi)始與客戶進(jìn)行產(chǎn)品認(rèn)證流程。
SK海力士利用在前代產(chǎn)品中經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的先進(jìn)MR-MUF工藝，成功實(shí)現(xiàn)了HBM 12層產(chǎn)品中最高的36GB容量。
該工藝通過(guò)注入液體保護(hù)材料來(lái)保護(hù)芯片間的電路，并在固化后能夠有效控制芯片的翹曲現(xiàn)象，提高散熱性能，從而最大程度地提升產(chǎn)品的穩(wěn)定性。
12層HBM4產(chǎn)品具備AI存儲(chǔ)器所需的卓越速度和基于12層標(biāo)準(zhǔn)的最高容量，業(yè)界將其譽(yù)為[技術(shù)奇跡]。
該產(chǎn)品每秒能處理超過(guò)2TB的數(shù)據(jù)，相當(dāng)于在一秒鐘內(nèi)處理400多部全高清電影的數(shù)據(jù)量，相較于前一代HBM3E產(chǎn)品，速度提升了60%以上。
此外，SK海力士12層HBM4的最新進(jìn)展標(biāo)志著該公司與臺(tái)積電合作后的首個(gè)成果。
目前，臺(tái)積電已能夠生產(chǎn)控制HBM4底部數(shù)據(jù)移動(dòng)的基模。
自第三代產(chǎn)品HBM2E起，SK海力士便采用先進(jìn)的MR-MUF工藝，該工藝在實(shí)現(xiàn)36GB容量方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。
此外，SK海力士已經(jīng)與臺(tái)積電聯(lián)盟，決定在原本計(jì)劃采用的12nm工藝之外，新增5nm工藝來(lái)生產(chǎn)HBM4邏輯芯片。
三星：采用自研4nm及3D封裝技術(shù)試產(chǎn)
今年1月，據(jù)韓國(guó)朝鮮日?qǐng)?bào)報(bào)導(dǎo)，三星DS部門(mén)存儲(chǔ)業(yè)務(wù)部已完成了HBM4內(nèi)存的邏輯芯片設(shè)計(jì)。
Foundry業(yè)務(wù)部方面也已經(jīng)根據(jù)該設(shè)計(jì)，采用三星自己的4nm試產(chǎn)。
待完成邏輯芯片最終性能驗(yàn)證后，三星將提供HBM4樣品驗(yàn)證。
目標(biāo)是在上半年內(nèi)完成量產(chǎn)準(zhǔn)備認(rèn)可（PRA）程序，外界推測(cè)這可能是未來(lái)與英偉達(dá)Rubin的發(fā)布時(shí)間相迎和。
三星預(yù)計(jì)，4nm晶圓代工工藝將加速HBM4生產(chǎn)，使其在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)。
4nm是三星的旗艦晶圓代工制造工藝，其良率超過(guò)70%。
三星電子在HBM4的競(jìng)爭(zhēng)中也展現(xiàn)了其強(qiáng)大的實(shí)力和堅(jiān)定的決心，預(yù)計(jì)將于2025年開(kāi)始量產(chǎn)，領(lǐng)先于部分競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。
目前，三星已開(kāi)始為微軟、Meta等科技巨頭提供定制化的HBM4內(nèi)存，并建立了專門(mén)的生產(chǎn)線，目前處于試生產(chǎn)階段，為大規(guī)模量產(chǎn)做準(zhǔn)備。
三星的HBM4產(chǎn)品在規(guī)格上實(shí)現(xiàn)了顯著的提升，傳輸速度達(dá)到每秒2太字節(jié)（TB），比HBM3E提升了66%。
此外，三星還計(jì)劃采用其代工部門(mén)的4納米工藝，并使用10納米第6代1c DRAM技術(shù)，進(jìn)一步增強(qiáng)產(chǎn)品性能。
三星還在積極研發(fā)3D封裝技術(shù)，如[SAINT]封裝技術(shù)，通過(guò)垂直堆疊法確保HBM4內(nèi)存標(biāo)準(zhǔn)的性能和效率得到顯著提。
三星電子計(jì)劃于2025年下半年啟動(dòng)HBM4的量產(chǎn)，并承諾吸取第五代HBM（HBM3E）供貨延遲的教訓(xùn)，確保HBM4能夠按時(shí)供應(yīng)，以期重新獲得市場(chǎng)主導(dǎo)地位。
三星公司目前正在同步進(jìn)行高帶寬存儲(chǔ)器第四代（HBM4）的新型封裝（NCF）和高密度堆疊（HCB）技術(shù)的測(cè)試工作。
此舉主要源于三星在高帶寬存儲(chǔ)器第三代增強(qiáng)版（HBM3E）的研發(fā)進(jìn)度上落后于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手（例如，英偉達(dá)的8/12層HBM3E認(rèn)證出現(xiàn)延遲）。
因此公司寄望于通過(guò)掌握更先進(jìn)的技術(shù)來(lái)重新確立其在高帶寬存儲(chǔ)器領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位。
預(yù)計(jì)在HBM4時(shí)代，率先采用高密度堆疊技術(shù)的廠商很可能是三星，而非其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手SK海力士。
報(bào)道指出，三星HBM3E及其前身HBM系列均采用DRAM制程的基礎(chǔ)裸片（Base Die）。
然而，HBM4將采用Logic Base Die替代DRAM Base Die，旨在進(jìn)一步提升性能與能效。
具體而言，Logic Base Die作為連接AI芯片內(nèi)部GPU與DRAM的關(guān)鍵組件，位于DRAM下方，主要扮演GPU與內(nèi)存之間控制器的角色。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，Logic Base Die與先前的Base Die存在顯著差異，它允許客戶根據(jù)自身需求進(jìn)行定制設(shè)計(jì)，以便將客戶特定的IP集成其中，從而實(shí)現(xiàn)HBM的定制化。
報(bào)道強(qiáng)調(diào)，三星將利用其晶圓代工部門(mén)的4納米制程技術(shù)生產(chǎn)定制化的Logic Base Die，并將采用第6代10納米級(jí)1c制程技術(shù)生產(chǎn)的DRAM進(jìn)行堆疊。
美光：得益于1β工藝技術(shù)積累有望能效領(lǐng)先
前段時(shí)間，美光任命了臺(tái)積電前董事長(zhǎng)劉德音為董事會(huì)成員，以推動(dòng)其HBM4研發(fā)進(jìn)度并加快市場(chǎng)布局。
美光在HBM第四代產(chǎn)品的研發(fā)上取得了顯著進(jìn)展，預(yù)計(jì)將于2026年啟動(dòng)商業(yè)化生產(chǎn)，而HBM4E預(yù)計(jì)將在2027年至2028年間推出。
該公司的HBM4產(chǎn)品預(yù)計(jì)將實(shí)現(xiàn)高達(dá)16層的DRAM芯片堆疊，每層芯片容量可達(dá)32GB，并配備2048位寬的接口，相較于前一代產(chǎn)品，在技術(shù)性能上實(shí)現(xiàn)了顯著的提升。
得益于其在1β工藝技術(shù)（第五代10nm技術(shù)）方面的深厚積累和持續(xù)研發(fā)，美光科技有望在產(chǎn)品上市時(shí)間和能效方面取得領(lǐng)先地位，性能預(yù)計(jì)將比HBM3E產(chǎn)品提升超過(guò)50%。
美光的HBM4將采用其第五代10nm級(jí)工藝技術(shù)制造的DRAM，并配備具有2048位寬接口和約6.4 GT/s數(shù)據(jù)傳輸速率的基礎(chǔ)芯片，這將提供每堆棧1.64 TB/s的峰值理論帶寬。
美光表示，已經(jīng)與多個(gè)客戶開(kāi)展了合作，時(shí)間點(diǎn)與英偉達(dá)的Vera Rubin和AMD的Instinct MI400系列GPU發(fā)布時(shí)間相一致。
同時(shí)，也提到了其8-Hi HBM3E設(shè)備已開(kāi)始為英偉達(dá)的Blackwell處理器全面供貨，而12-Hi HBM3E仍在客戶測(cè)試階段。
此外，美光科技宣布將采用臺(tái)積電作為其[邏輯半導(dǎo)體]供應(yīng)商，類似于SK海力士所采用的供應(yīng)商模式。
存儲(chǔ)器制造商面臨堆疊技術(shù)的限制
盡管HBM4在數(shù)據(jù)傳輸速率和內(nèi)存容量方面實(shí)現(xiàn)了顯著進(jìn)步，但其發(fā)展過(guò)程中仍面臨一系列挑戰(zhàn)，尤其在封裝技術(shù)的選擇上。
業(yè)界預(yù)計(jì)，HBM4將繼續(xù)采用如Advanced MR-MUF和TC-NCF堆疊架構(gòu)等先進(jìn)封裝技術(shù)。
然而，對(duì)于16hi堆棧和HBM4e等新產(chǎn)品，是否采用Hybrid Bonding（混合鍵合）技術(shù)，已成為業(yè)界關(guān)注和討論的焦點(diǎn)。
目前，16層以下的堆疊主要依賴于各廠商的技術(shù)能力，但當(dāng)堆疊層數(shù)達(dá)到20層時(shí)，技術(shù)上的障礙變得尤為明顯。
為此，SK海力士和三星均提出了采用混合鍵合技術(shù)的方案。
SK海力士的MR-MUF技術(shù)，融合了具有高熱導(dǎo)性能的填充材料與高密度金屬凸塊。
該公司表示，即將推出的12層HBM4將采用改進(jìn)版的MR-MUF技術(shù)，而到16層時(shí)，將探索結(jié)合改進(jìn)版MR-MUF與混合鍵合技術(shù)的可能性。
三星指出，目前采用的熱壓鍵合（TCB）技術(shù)在16層時(shí)將遭遇技術(shù)瓶頸，因此計(jì)劃在16層時(shí)同時(shí)嘗試TCB和混合鍵合技術(shù)，并預(yù)計(jì)在20層以上完全轉(zhuǎn)向混合鍵合技術(shù)。
該公司已于4月利用其子公司SEMES的混合鍵合設(shè)備成功制作出16層HBM樣品。
另一邊，英偉達(dá)、臺(tái)積電和SK海力士三家公司共同推進(jìn)全球HBM技術(shù)進(jìn)步的作用日益凸顯，業(yè)界將這一合作稱為[三角聯(lián)盟]。
首先，SK集團(tuán)透露，英偉達(dá)的首席執(zhí)行官請(qǐng)求將HBM4的供應(yīng)時(shí)間提前六個(gè)月，此消息一經(jīng)發(fā)布，SK海力士的股價(jià)隨即大幅上漲；
隨后，市場(chǎng)又傳出英偉達(dá)同意提高臺(tái)積電3納米制程技術(shù)和CoWoS封裝技術(shù)價(jià)格的消息。
結(jié)合SK海力士與臺(tái)積電在今年四月簽署的諒解備忘錄，這一[存儲(chǔ)制造商+AI行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者+晶圓代工廠]的緊密合作，旨在加速HBM4的到來(lái)。
結(jié)尾：
據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)TrendForce的數(shù)據(jù)顯示，SK海力士目前的市場(chǎng)份額達(dá)到53%，而三星以35%的份額位居第二。
目前兩家公司在技術(shù)上的競(jìng)爭(zhēng)仍在持續(xù)，預(yù)計(jì)2025年推出的HBM4將成為決定市場(chǎng)主導(dǎo)權(quán)的關(guān)鍵時(shí)刻。
HBM4時(shí)代將采用基于邏輯制程的基礎(chǔ)芯片，客戶可以將自己的IP集成到這些芯片中，實(shí)現(xiàn)定制化，從而提高HBM的效率。
對(duì)于這些邏輯制程的基礎(chǔ)芯片，三星和SK海力士都將允許客戶自行設(shè)計(jì)，并可以選擇外部的邏輯制程晶圓代工廠進(jìn)行生產(chǎn)。
在HBM4時(shí)代，臺(tái)積電的地位無(wú)疑將更加穩(wěn)固和強(qiáng)大。
部分資料參考：半導(dǎo)體行業(yè)觀察：《HBM 4，大戰(zhàn)打響！》，橙子不糊涂：《內(nèi)存競(jìng)賽白熱化：HBM4的技術(shù)、需求和量產(chǎn)時(shí)間》，半導(dǎo)體芯聞：《HBM的大贏家》，Global PNG：《HBM4：技術(shù)決定勝負(fù)》，全球半導(dǎo)體觀察：《HBM4[華山論劍]，誰(shuí)將登頂？》
