电子行业周报：AI催化HBM需求，关注产业链受益环节

AI服务器高带宽，催生HBM需求。 处理器性能不断提升，“内存墙”成为计算机系统的瓶颈，而HBM通过3D堆栈可提供更高的内存带宽和更低的能耗，适用于高存储带宽需求的应用场合，如HPC、网络交换设备等。最新的HBM3E产品可提供超过1TB/s的数据带宽，具有8Gb/s的I/O速率，缓解了因内存部件延迟而阻碍算力增长的问题。受益AI需求催化，HBM用量需求大幅提升，TrendForce以bit为计算基础，推算HBM目前约占整个DRAM市场的1.5%，预计2023年全球HBM需求量将年增58%，达到2.9亿GB，2024年将再增长30%。不过由于HBM高门槛，目前仅海力士、三星和美光稳定供应，据TrendForce数据，2022年三者份额分别为50%、40%、10%。其中海力士占据先发优势，更于2023年5月率先推出了HBM3E，宣布将于2023年下半年发布样品，2024年上半年投入生产。 HBM拉动上游设备及材料用量需求提升。 设备端：TSV和晶圆级封装需求增长。由于独特的3D堆叠结构，HBM芯片为上游设备带来了新的增量：前道环节，HBM需要通过TSV来进行垂直方向连接，增加了TSV刻蚀设备需求；中段环节，HBM带来了更多的晶圆级封装设备需求； 后道环节，HBM的多芯片堆叠带来die bond设备和测试设备需求增长。 材料端：具体拆解HBM来看，每个HBM封装内部都堆叠了多层DRAM Die，各层DRAM Die之间以硅通孔（TSV）和微凸块（microbump）连接，最后连接到下层的HBM控制器的逻辑die。因此HBM的独特性主要体现在堆叠与互联上。对于制造材料：HBM核心之一在于堆叠，HBM3更是实现了12层核心Die的堆叠，多层堆叠对于制造材料尤其是前驱体的用量成倍提升，制造材料核心厂商包括：雅克科技、神工股份等；对于封装材料：HBM将带动TSV和晶圆级封装需求增长，而且对封装高度、散热性能提出更高要求，封装材料核心厂商包括：联瑞新材、华海诚科、飞凯材料等。 投资建议：AI催化HBM高景气，需求快速增长，目前海力士占据绝对份额，相关代理商环节有望受益，同时HBM需求旺盛，也将拉动上游设备及材料用量需求提升。建议关注：1）材料：雅克科技、联瑞新材、华海诚科、神工股份等；2）设备：北方华创、中微公司等；3）代理商：香农芯创、雅创电子、商络电子等。 风险提示：下游AI发展不及预期；产业链相关企业发展进度不及预期 重点公司盈利预测、估值与评级 1AI催化HBM需求，关注产业链受益环节 1.1AI服务器高带宽，催生HBM需求 处理器性能不断提升，“内存墙”成为计算机系统的瓶颈。计算机系统的运行受到处理器和内存的配合影响，但处理器性能因摩尔定律不断提升，而内存DRAM的传输带宽没有跟随工艺的演进而快速增长，导致访存时延迟高、效率低，严重制约处理器性能发挥，即出现“内存墙”。在AI和视觉等领域，需要大量的内存带宽来支持复杂的计算操作，若内存性能落后，会导致实际算力下降50%甚至90%。 HBM是目前用于打破“内存墙”的重要技术之一。高带宽存储器（HBM）是一种基于3D堆栈工艺的高性能DRAM，可以提供更高的内存带宽和更低的能耗，适用于高存储器带宽需求的应用场合，如HPC、网络交换设备等。最新的HBM3E产品可提供超过1TB/s的数据带宽，具有8Gb/s的I/O速率，缓解了因内存部件延迟而阻碍算力增长的问题。 HBM使用TSV（硅通孔）技术将多个DRAM芯片堆叠起来，通过垂直互连减小互联长度，降低信号延迟和寄生电容/电感，在增加带宽的同时，实现芯片间的高速通信和低功耗，可应用于高性能计算、超级计算机、大型数据中心、AI等领域。具体拆解HBM来看，每个HBM封装内部都堆叠了多层DRAMDie，各层DRAMDie之间以硅通孔（TSV）和微凸块（microbump）连接，最后连接到下层的HBM控制器的逻辑die。整个3D结构（称为一个HBM堆栈）的最下层通过硅中介（silicon interposer）与GPU/CPU/SocDie等互联。 图1：HBM示意图 对比其他内存方案，HBM2拥有更宽的传输位宽。从传输位宽的角度来看，HBM3标准支持密度高达32 Gb的设备以及高达16层的堆栈，从而获得64 GB的总存储空间，其单芯片接口宽度可达1024bit，接口传输速率可达6.4Gbps，一个HBM3堆栈封装的总带宽达到819GB/s。相比之下，GDDR5内存的单个通道位宽32位，其总带宽只有32GB/s。 表1：HBM3与其他内存方案对比 HBM技术不断发展，向高带宽大容量演进。自2013年HBM1发布开始发展至2021年发布的HBM3，HBM在各个层面都进行了扩充升级，数据传输速率（I/O速度）从1Gbps提速至6.4Gbps；内存带宽从128GB/S提升至819GB/S; 最高堆栈层数从4层增加到12层，其每层最高内存容量也从1GB进化到了24GB。 2023年5月，龙头企业SK海力士更进一步推出了HBM3E，HBM3E相较HBM3带宽更升级至1TB/s，数据传输速率（I/O速度）升级至6Gbps。海力士宣布将于2023年下半年发布样品，2024年上半年投入生产，英伟达、AMD、微软、亚马逊等海外AI领域科技巨头相继向SK海力士申请了HBM3E的样片。 表2：HBM技术性能发展 AI服务器要求GPU高带宽、大容量数据传输，带动HBM应用增长。在AI模型趋向复杂的形势下，AI服务器对于存储器传输速度以及容量的要求提升，刺激存储器用量增长，从而带动HBM需求上升。作为VRAM（video random-access memory）的最先进技术，HBM具有耗电量少、堆叠内存、占用空间少、支持高带宽和低时钟速度的优势，广泛应用于显存领域。例如，2015年AMD的GPU产品Fiji首次应用了HBM技术；NVDIATesla P100则是最早采用HBM2存储的GPU；Intel推出的第四代处理器Sapphire Rapids引入了HBM2E，为CPU工作负载提供类似GPU的高内存带宽。而目前，NVIDIA所推出DGXA100、H100和GH200也采用了HBM2/HBM2E和HBM3内存。 NVIDIA A100采用 7nm 台积电工艺，搭载了HBM内存技术。A100首先采用HBM2，接着替代为HBM2E，将内存从40GB提高至80 GB，内存带宽从1.6TB/s提高至2TB/s。 NVIDIA的Hopper H100采用 4nm 台积电工艺，搭载了HBM3内存技术。H100 GPU采用 4nm 台积电工艺，相比A100增加了40%的晶体管数量，并采用HBM3技术，将内存容量过渡到80GB，内存带宽过渡到3.2TB/s。 图2：搭载HBM2技术的A100 GPU和HBM3的H100 GPU 此外，NVDIA又推出专门针对大型语言模型（LLM）的新H100加速器H100 NVL，拥有双GPU卡，可提供188GB的HBM3内存。且相比于A100和H100仅提供5个堆栈以提高良率，H100 NVL的6个堆栈全部打开，共提供6144 bit的位宽。 2023年5月，NVDIA发布了DGXGH200超级服务器，其系统中集成多达256颗GPU，通过NVLink可高速访问144TB的内存。 表3：NVDIA DGX系统中GPU对应HBM应用方案对比DGX系统HBM 随着当前A100和H100等芯片的上量，HBM用量需求也大幅提升。 TrendForce以bit为计算基础，推算HBM目前约占整个DRAM市场的1.5%，预计2023年全球HBM需求量将年增58%，达到2.9亿GB，2024年将再增长30%。 全球厂商争抢HBM技术高地，打响内存技术升级之战。HBM具有非常高的准入门槛，仅有SKhynix、Samsung和Micron三大龙头厂商争抢技术高地，目前呈现三足鼎立格局。根据TrendForce的报告，2022年HBM市场份额的顺序为SKhynix（50%）、Samsung（40%）和Micron（10%），其中SKhynix和Samsung共占领90%的份额，基本垄断市场。伴随NVIDIA H100与AMDMI300的搭载，2023下半年三大原厂均规划相对应规格HBM3的量产。据TrendForce预测，2023年SK海力士的整体HBM市占率可望借此提升至53%，而三星、美光则预计陆续在今年底至明年初量产HBM市占率分别为38%及9%。 图3：三大内存大厂HBM发展历程 1.2设备端：TSV和晶圆级封装需求增长 由于独特的3D堆叠结构，HBM芯片为上游设备带来了新的增量，我们分前、中、后道来讨论。 1）前道环节，HBM需要通过TSV来进行垂直方向连接，增加了TSV刻蚀设备需求，国内厂商北方华创、中微公司均有布局。 2）中段环节，与倒装芯片类似，HBM也是通过microbump焊球进行连接，需要在晶圆级封装环节制造焊球，晶圆级封装需要的设备与前道晶圆制造类似，涉及光刻机、涂胶显影设备、薄膜设备、电镀设备、刻蚀设备、清洗设备、量测设备等。国产诸多公司都有相关业务：北方华创（刻蚀、薄膜、清洗等）、芯源微（涂胶显影、清洗）、盛美上海（电镀、清洗、涂胶显影、抛光）、中科飞测（检测）等。 3）后道环节，HBM在后道封装环节依旧需要diebond等封装设备，以及存储芯片测试设备，国内封装设备厂商包括新益昌、ASMP，测试设备厂商包括长川科技、华峰测控、金海通等。 图4：HBM内部结构 图5：HBM芯片通过microbump堆叠连接 1.3材料端：先进制造及封装材料用量显著提升 具体拆解HBM来看，每个HBM封装内部都堆叠了多层DRAM Die，各层DRAM Die之间以硅通孔（TSV）和微凸块（microbump）连接，最后连接到下层的HBM控制器的逻辑die。整个3D结构（称为一个HBM堆栈）的最下层通过硅中介（silicon interposer）与GPU/CPU/Soc Die等互联。因此HBM的独特性主要体现在堆叠与互联上，我们分制造材料、封装材料来讨论HBM芯片为上游材料带来的显著增量。 1）制造材料：HBM核心之一在于堆叠，HBM3更是实现了12层核心Die的堆叠，多层堆叠对于制造材料尤其是前驱体的用量成倍提升，制造材料核心厂商包括：雅克科技、神工股份等。 2）封装材料：HBM将带动TSV和晶圆级封装需求增长，而且对封装高度、散热性能提出更高要求，封装材料核心厂商包括：联瑞新材、华海诚科、飞凯材料等。 图6：HBM3拆解 图7：HBM芯片TSV互联 1.4国产供应链 雅克科技：国内稀缺半导体材料平台型公司，海力士前驱体核心供应商 半导体前驱体材料是半导体材料中应用于薄膜沉积工艺的核心材料，主要应用在半导体集成电路存储、逻辑芯片的制造环节。雅克科技子公司UPchemical是全球领先的前驱体供应商之一，产品在DRAM可以满足全球最先进存储芯片制程1b、200X层以上NAND、逻辑芯片3纳米的量产供应，主要客户涵盖SK海力士、美光以及国内的长江存储、合肥长鑫。 公司的前驱体材料拥有自主知识产权并获得多项国际发明专利，产品种类丰富，覆盖硅类前驱体、High-K前驱体、金属前驱体，可以灵活根据下游客户的不同工艺选择不同结构的产品，定制化满足不同客户的产线需求。公司前驱体成熟产品，在国际领先的半导体客户实现量产供应多年，完全满足国内所有技术节点的客户需求，主流产品国内进入放量阶段，产品销量和竞争力稳居市场前列。江苏先科宜兴生产基地今年具备本地化供应能力。 联瑞新材：HBM芯片封装材料上游材料核心供应商 公司致力于成为全球领先的功能性粉体材料及应用方案供应商，产品销售至芯片封装用环氧塑封材料（EMC）、液态塑封材料（LMC）和底部填充材料（Underfill）等封装材料厂商，以及覆铜板、热界面材料、胶黏剂、先进绝缘品、蜂窝陶瓷、3D打印、齿科材料等领域，品牌影