隨著人工智能、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等產(chǎn)業(yè)發(fā)展，對(duì)高性能內(nèi)存需求不斷攀升，HBM相對(duì)于傳統(tǒng)DRAM，具有高帶寬、高容量、低功耗和低延遲等優(yōu)點(diǎn)，更適合ChatGPT等高性能計(jì)算場(chǎng)景，迎來(lái)快速成長(zhǎng)期。
根據(jù)Mordor Intelligence預(yù)計(jì)，2023年全球HBM市場(chǎng)規(guī)模為20.4億美元，2028年有望達(dá)到63.2億美元，CAGR為25.38%；而TrendForce預(yù)計(jì)2025年HBM全球市場(chǎng)規(guī)模將會(huì)突破100億美元。
四季度存儲(chǔ)芯片市場(chǎng)價(jià)格經(jīng)過(guò)前期下跌后出現(xiàn)止跌反彈，存儲(chǔ)板塊也有所上漲，其中HBM板塊上漲幅度較存儲(chǔ)板塊更大，目前板塊較10月中下旬低點(diǎn)上漲33.64%，本文來(lái)對(duì)HBM產(chǎn)業(yè)進(jìn)行一下分析。
資料來(lái)源：wind，鈦媒體產(chǎn)業(yè)研究部
HBM（High Bandwidth Memory）即高帶寬存儲(chǔ)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)組織JEDEC（電子工程器件聯(lián)合委員會(huì)）將DRAM分為三類(lèi)，標(biāo)準(zhǔn)DDR、移動(dòng)DDR以及圖形DDR，其中圖形DDR包括GRRD和HBM。
處理器計(jì)算能力近年得到大幅增長(zhǎng)，但內(nèi)存性能的提升速度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后，導(dǎo)致內(nèi)存性能很大程度上限制了處理器性能的發(fā)揮，在對(duì)數(shù)據(jù)處理時(shí)間大幅延長(zhǎng)的同時(shí)也大幅提升了能耗，引發(fā)“內(nèi)存墻”的問(wèn)題。
相比DDR4和DDR5等產(chǎn)品，HBM通過(guò)TSV（硅通孔）垂直堆疊多個(gè)DRAM，突破了帶寬和容量瓶頸，使GPU具有更快并行處理速度，目前主要應(yīng)用于高端GPU中。
從2014年全球首款HBM產(chǎn)品問(wèn)世至今，已發(fā)展至第四代HBM3，帶寬和容量分別從最初128GB/S和1GB提升至819GB/S和24GB，傳輸速度從1Gbps提高至6.4Gbps。
而SK接下來(lái)將要發(fā)布的HBM3E與HBM3相比，傳輸速度將提高25%，由6.4Gbps提高至8Gbps，帶寬也提升至1TB/S。
英偉達(dá)首款搭載HBM3E的最新一代AI處理器H200預(yù)計(jì)將于2024年第二季度上市，顯存為141GB，帶寬為4.8TB/S，與H100相比，容量提升76.25%，帶寬提升43.28%。
目前HBM約占整個(gè)DRAM市場(chǎng)份額的1.5%，隨著AIGC模型對(duì)AI服務(wù)器需求快速增長(zhǎng)，HBM滲透率有望加速提升，根據(jù)TrendForce數(shù)據(jù)，2022年全球AI服務(wù)器出貨量85.5萬(wàn)臺(tái)，預(yù)計(jì)到2026年出貨量將達(dá)到236.9萬(wàn)臺(tái)，CAGR為29.02%。
在A(yíng)IGC模型訓(xùn)練側(cè)，目前AI服務(wù)器主要采用中高端GPU，HBM在其中滲透率接近100%；而在推理側(cè)AI服務(wù)器GPU目前主要采用中低端，HBM滲透率較低，未來(lái)隨著AIGC模型逐漸復(fù)雜化，中高端GPU占比將會(huì)提升，相應(yīng)的HBM滲透率也將逐步提升。
從結(jié)構(gòu)上看，HBM是用3D堆疊方式集成多片DRAM，DRAM之間通過(guò)TSV（Through Silicon Via）進(jìn)行連通，DRAM下面為DRAM的邏輯控制單元，GPU和DRAM通過(guò)Interposer（硅中介層）封裝在一起。
TSV可以穿過(guò)硅基板實(shí)現(xiàn)硅片內(nèi)部垂直電互聯(lián)，是目前唯一垂直電互聯(lián)技術(shù)，相比平面互聯(lián)，TSV可減小互聯(lián)長(zhǎng)度和信號(hào)延遲，實(shí)現(xiàn)了芯片間的低功耗和高速通信，在HBM封裝成本中TSV占比最高，接近30%，是HBM的核心工藝之一。
英偉達(dá)A100采用的就是臺(tái)積電第4代CoWoS（Chip on Wafer on Substrate）封裝技術(shù)，通過(guò)TSV將6個(gè)三星HBM2和一顆A100 GPU集成在一個(gè)硅中介層上，通過(guò)RDL（Redistribution Layer）和TSV實(shí)現(xiàn)互連并連接硅中介層凸點(diǎn)。
除TSV外，ALD也是HBM核心工藝之一，ALD（Atomic Layer Deposition）即原子層沉積，是將原子逐層沉積在襯底材料上，通過(guò)兩種或多種前驅(qū)體交替通過(guò)襯底表面，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)逐層沉積在襯底表面成膜。
通過(guò)TSV完成深孔制作后，需要進(jìn)行電化學(xué)鍍銅實(shí)現(xiàn)金屬沉積形成導(dǎo)線(xiàn)，由于銅化學(xué)性質(zhì)活潑，需要在電鍍前用ALD沉積氮化鎢形成擴(kuò)散阻擋層，以防止銅由于電化學(xué)遷移導(dǎo)致物理失效。
此外，在DRAM工藝中，由于傳統(tǒng)SiO2柵極電介質(zhì)受介電性能影響，45nm以下制程芯片會(huì)產(chǎn)生隧穿現(xiàn)象從而導(dǎo)致漏電，降低晶體管可靠性，通過(guò)ALD沉積High-K Mental Gate（高電介質(zhì)金屬柵極）可大幅降低柵極漏電流，同時(shí)降低工作電壓。
目前HBM位于GPU的硅中介層上，通過(guò)接口與GPU連接，根據(jù)SK海力士計(jì)劃，未來(lái)HBM4將會(huì)直接堆疊到GPU上，不再需要硅中介層，集成式簡(jiǎn)化芯片設(shè)計(jì)的同時(shí)降低成本。
GPU邏輯芯片與HBM存儲(chǔ)芯片將成為一個(gè)整體，通過(guò)在存儲(chǔ)器中嵌入計(jì)算能力，打破存儲(chǔ)瓶頸的同時(shí)降低延遲和功耗，同時(shí)使用存儲(chǔ)單元提升算力，進(jìn)而大幅提升計(jì)算效率，是HBM未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。
HBM市場(chǎng)高度集中，主要由SK海力士和三星主導(dǎo)，根據(jù)TrendForce統(tǒng)計(jì)，2022年SK海力士和三星HBM市場(chǎng)份額分別占50%和40%，美光占比10%。
由于SK海力士、三星以及美光均采用IDM模式，芯片設(shè)計(jì)、制造與封測(cè)均由自己負(fù)責(zé)，國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商主要涉及產(chǎn)業(yè)鏈上游設(shè)備和材料環(huán)節(jié)。
中微公司為國(guó)內(nèi)TSV設(shè)備主要供應(yīng)商，公司于2010年推出國(guó)內(nèi)首臺(tái)TSV深孔硅刻蝕設(shè)備，目前可提供8英寸和12英寸硅通孔刻蝕設(shè)備，刻蝕孔徑從低至1微米以下到幾百微米。
拓荊科技為國(guó)內(nèi)ALD設(shè)備主要供應(yīng)商，公司PEALD產(chǎn)品主要用于沉積SiO2和SiN等介質(zhì)薄膜，Thermal-ALD設(shè)備已出貨至不同客戶(hù)端進(jìn)行驗(yàn)證，可沉積Al2O3等金屬氧化物薄膜。
興森科技為國(guó)內(nèi)IC載板龍頭，公司2018年成為三星在國(guó)內(nèi)唯一載板供應(yīng)商，目前公司CSP封裝基板產(chǎn)能3.5萬(wàn)平米/月，公司還在珠海和廣州投資建設(shè)FCBGA封裝基板項(xiàng)目。
深科技2015年通過(guò)收購(gòu)沛頓科技進(jìn)入存儲(chǔ)芯片封測(cè)領(lǐng)域，目前公司Bumping項(xiàng)目已通過(guò)小批量試產(chǎn)，接下來(lái)將會(huì)陸續(xù)釋放產(chǎn)能。
雅克科技為國(guó)內(nèi)ALD沉積主要材料前驅(qū)體供應(yīng)商，公司前驅(qū)體還供應(yīng)SK海力士，公司還布局Low-α球形硅粉項(xiàng)目。
飛凱材料業(yè)務(wù)涉及HBM環(huán)氧塑封料封裝材料，客戶(hù)包括國(guó)內(nèi)大型半導(dǎo)體封裝OSAT廠(chǎng)商以及分立器件廠(chǎng)商。
資料來(lái)源：公司公告，鈦媒體產(chǎn)業(yè)研究部
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