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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)計明年將持續(xù)強勁。
該產(chǎn)品也是三星電子、SK海力士等國內(nèi)企業(yè)主導(dǎo)的市場。在這種形勢下，HBM成為了一個重要的突破口，這也是三大巨頭加大在這方面投入的原因之一。
主要是因為該技術(shù)有望帶來尖端的性能和效率數(shù)據(jù)，這也是提升AI計算能力的關(guān)鍵，圍繞這項技術(shù)的競爭也開始變得激烈。
HBM4的量產(chǎn)競爭達到白熱化階段
HBM4，作為高帶寬存儲器技術(shù)的最新進展，預(yù)期將進一步擴展這些優(yōu)勢，成為未來科技發(fā)展的關(guān)鍵推動力量。
這一前景使得它成為眾多半導(dǎo)體制造商爭奪的焦點，圍繞HBM4的技術(shù)競爭正式展開。
諸如三星、SK海力士、美光等存儲行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)紛紛加入競爭，力圖在這片新興領(lǐng)域中占據(jù)有利位置，掌握未來半導(dǎo)體存儲技術(shù)的制高點。
在歷史上，HBM的使用主要集中在英偉達等制造商手中。
然而，ZDnet預(yù)測，以英偉達為先鋒的HBM市場將在來年迎來重大變革。
這是因為全球主要科技公司持續(xù)致力于開發(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HBM的需求有望顯著增長。
舉例來說，谷歌在其第六代TPU[Trillium]上集成了HBM3E技術(shù)。
AWS計劃在其專為AI學(xué)習(xí)設(shè)計的[Trainium2]芯片組中采用HBM3和HBM3E技術(shù)。
相較于HBM3E，HBM4的單個堆棧帶寬已達到1.6TB/s，顯著增強了內(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)處理以及高性能計算等對內(nèi)存性能日益增長的需求。
預(yù)計在來年，AI數(shù)據(jù)中心對HBM和eSSD等高端存儲產(chǎn)品的需求將持續(xù)強勁。
這些產(chǎn)品的市場主要由國內(nèi)企業(yè)如三星電子、SK海力士等主導(dǎo)。
與此同時，傳統(tǒng)通用存儲產(chǎn)品正面臨供應(yīng)過剩的情況，其價格自今年第四季度起已開始下降。
信息技術(shù)需求持續(xù)低迷，新興企業(yè)的激進擴張策略正逐漸成為迫在眉睫的危機。在這樣的市場背景下，HBM技術(shù)成為了關(guān)鍵的發(fā)展機遇。
這也是為何行業(yè)三大巨頭紛紛增加對這一領(lǐng)域的投資,圍繞這一技術(shù)的競爭也日益加劇。
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計算設(shè)計的12層HBM4樣品，并已向主要客戶開始出貨，預(yù)計將于2025年下半年完成量產(chǎn)準備。
作為第六代HBM產(chǎn)品，該芯片的帶寬提升至每秒2TB，相當(dāng)于同時處理超過400部全高清（FHD）電影的數(shù)據(jù)量，較HBM3E提升了60%。
預(yù)計明年下半年，Vera Rubin NVL144將升級至新一代HBM4內(nèi)存；
后年下半年，Rubin Ultra NVL576將進行進一步升級，采用加強版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)臺灣媒體報道，SK Hynix 在HBM4測試中的良率達到70%。
有業(yè)內(nèi)人士透露，SK海力士的目標是到2024年底，良率將超過60%，而最近的進展進一步提高了這一數(shù)字，改進的速度非常快。
英偉達下一代Blackwell系列的繼任者Rubin將搭載HBM4存儲器。
隨著SK海力士HBM4的加速量產(chǎn)，部分分析師預(yù)測該平臺可能提前至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競爭中占據(jù)了有利位置。
樣品的供應(yīng)表明產(chǎn)品開發(fā)工作已步入尾聲，制造商將依據(jù)客戶在認證過程中的反饋，對產(chǎn)品的性能和穩(wěn)定性進行進一步的優(yōu)化。
SK海力士表示，憑借其在HBM市場中的技術(shù)優(yōu)勢和生產(chǎn)經(jīng)驗，已提前完成了HBM4 12層樣品的發(fā)貨，并已開始與客戶進行產(chǎn)品認證流程。
SK海力士利用在前代產(chǎn)品中經(jīng)過驗證的先進MR-MUF工藝，成功實現(xiàn)了HBM 12層產(chǎn)品中最高的36GB容量。
該工藝通過注入液體保護材料來保護芯片間的電路，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存儲器所需的卓越速度和基于12層標準的最高容量，業(yè)界將其譽為[技術(shù)奇跡]。
該產(chǎn)品每秒能處理超過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的最新進展標志著該公司與臺積電合作后的首個成果。
目前，臺積電已能夠生產(chǎn)控制HBM4底部數(shù)據(jù)移動的基模。
自第三代產(chǎn)品HBM2E起，SK海力士便采用先進的MR-MUF工藝，該工藝在實現(xiàn)36GB容量方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。
此外，SK海力士已經(jīng)與臺積電聯(lián)盟，決定在原本計劃采用的12nm工藝之外，新增5nm工藝來生產(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)韓國朝鮮日報報導(dǎo)，三星DS部門存儲業(yè)務(wù)部已完成了HBM4內(nèi)存的邏輯芯片設(shè)計。
Foundry業(yè)務(wù)部方面也已經(jīng)根據(jù)該設(shè)計，采用三星自己的4nm試產(chǎn)。
待完成邏輯芯片最終性能驗證后，三星將提供HBM4樣品驗證。
目標是在上半年內(nèi)完成量產(chǎn)準備認可（PRA）程序，外界推測這可能是未來與英偉達Rubin的發(fā)布時間相迎和。
三星預(yù)計，4nm晶圓代工工藝將加速HBM4生產(chǎn)，使其在市場競爭中占據(jù)優(yōu)勢。
4nm是三星的旗艦晶圓代工制造工藝，其良率超過70%。
三星電子在HBM4的競爭中也展現(xiàn)了其強大的實力和堅定的決心，預(yù)計將于2025年開始量產(chǎn)，領(lǐng)先于部分競爭對手。
目前，三星已開始為微軟、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)做準備。
三星的HBM4產(chǎn)品在規(guī)格上實現(xiàn)了顯著的提升，傳輸速度達到每秒2太字節(jié)（TB），比HBM3E提升了66%。
此外，三星還計劃采用其代工部門的4納米工藝，并使用10納米第6代1c DRAM技術(shù)，進一步增強產(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)，通過垂直堆疊法確保HBM4內(nèi)存標準的性能和效率得到顯著提。
三星電子計劃于2025年下半年啟動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能夠按時供應(yīng)，以期重新獲得市場主導(dǎo)地位。
三星公司目前正在同步進行高帶寬存儲器第四代（HBM4）的新型封裝（NCF）和高密度堆疊（HCB）技術(shù)的測試工作。
此舉主要源于三星在高帶寬存儲器第三代增強版（HBM3E）的研發(fā)進度上落后于競爭對手（例如，英偉達的8/12層HBM3E認證出現(xiàn)延遲）。
因此公司寄望于通過掌握更先進的技術(shù)來重新確立其在高帶寬存儲器領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位。
預(yù)計在HBM4時代，率先采用高密度堆疊技術(shù)的廠商很可能是三星，而非其競爭對手SK海力士。
報道指出，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，Logic Base Die與先前的Base Die存在顯著差異，它允許客戶根據(jù)自身需求進行定制設(shè)計，以便將客戶特定的IP集成其中，從而實現(xiàn)HBM的定制化。
報道強調(diào)，三星將利用其晶圓代工部門的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1c制程技術(shù)生產(chǎn)的DRAM進行堆疊。
美光：得益于1β工藝技術(shù)積累有望能效領(lǐng)先
前段時間，美光任命了臺積電前董事長劉德音為董事會成員，以推動其HBM4研發(fā)進度并加快市場布局。
美光在HBM第四代產(chǎn)品的研發(fā)上取得了顯著進展，預(yù)計將于2026年啟動商業(yè)化生產(chǎn)，而HBM4E預(yù)計將在2027年至2028年間推出。
該公司的HBM4產(chǎn)品預(yù)計將實現(xiàn)高達16層的DRAM芯片堆疊，每層芯片容量可達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)品上市時間和能效方面取得領(lǐng)先地位，性能預(yù)計將比HBM3E產(chǎn)品提升超過50%。
美光的HBM4將采用其第五代10nm級工藝技術(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)與多個客戶開展了合作，時間點與英偉達的Vera Rubin和AMD的Instinct MI400系列GPU發(fā)布時間相一致。
同時，也提到了其8-Hi HBM3E設(shè)備已開始為英偉達的Blackwell處理器全面供貨，而12-Hi HBM3E仍在客戶測試階段。
此外，美光科技宣布將采用臺積電作為其[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)存容量方面實現(xiàn)了顯著進步，但其發(fā)展過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，HBM4將繼續(xù)采用如Advanced MR-MUF和TC-NCF堆疊架構(gòu)等先進封裝技術(shù)。
然而，對于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。
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)達到20層時，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將采用改進版的MR-MUF技術(shù)，而到16層時，將探索結(jié)合改進版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層時將遭遇技術(shù)瓶頸，因此計劃在16層時同時嘗試TCB和混合鍵合技術(shù)，并預(yù)計在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、臺積電和SK海力士三家公司共同推進全球HBM技術(shù)進步的作用日益凸顯，業(yè)界將這一合作稱為[三角聯(lián)盟]。
首先，SK集團透露，英偉達的首席執(zhí)行官請求將HBM4的供應(yīng)時間提前六個月，此消息一經(jīng)發(fā)布，SK海力士的股價隨即大幅上漲；
隨后，市場又傳出英偉達同意提高臺積電3納米制程技術(shù)和CoWoS封裝技術(shù)價格的消息。
結(jié)合SK海力士與臺積電在今年四月簽署的諒解備忘錄，這一[存儲制造商+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。
結(jié)尾：
據(jù)市場研究機構(gòu)TrendForce的數(shù)據(jù)顯示，SK海力士目前的市場份額達到53%，而三星以35%的份額位居第二。
目前兩家公司在技術(shù)上的競爭仍在持續(xù)，預(yù)計2025年推出的HBM4將成為決定市場主導(dǎo)權(quán)的關(guān)鍵時刻。
HBM4時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，實現(xiàn)定制化，從而提高HBM的效率。
對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，并可以選擇外部的邏輯制程晶圓代工廠進行生產(chǎn)。
在HBM4時代，臺積電的地位無疑將更加穩(wěn)固和強大。
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)存競賽白熱化：HBM4的技術(shù)、需求和量產(chǎn)時間》，半導(dǎo)體芯聞：《HBM的大贏家》，Global PNG：《HBM4：技術(shù)決定勝負》，全球半導(dǎo)體觀察：《HBM4[華山論劍]，誰將登頂？》
