电子11月周专题：算力需求驱动增长，HBM产业链迎来新机遇

高算力需求带动存储市场快速扩张 根据SK海力士的研究，普通服务器不需要使用HBM，DDR5的用量为500GB； 而在AI服务器中，HBM用量超过500GB，DDR5的用量也将达到普通服务器的2-4倍。以NVIDIA最新GPU产品H200为例，NVIDIA H200是首款采用HBM3E的GPU，与上一代架构的NVIDIA A100相比，其容量几乎翻了一倍，带宽也增加了2.4倍。受高算力需求的带动，TrendForce预计2025年HBM市场规模将会突破100亿美元。 HBM性能相比于GDDR5/6大幅提升 和传统内存产品相比，HBM可以实现更高的内存和带宽，并且降低功耗以及所需要占用的面积。根据美光的统计，HBM2E的单字节功耗相比GDDR5降低约1/3，相应的内存则从8GB提升至16-32GB。AMD的研究表明，相比于GDDR5，HBM的表面积减少了超过94%。 下一代HBM4产品方案或将发生变化 2023年10月，三星宣布，下一代产品HBM4正在开发中，目标2025年供货。三星还在准备开发针对高温热特性优化的非导电粘合膜（NCF）组装技术和混合键合HCB技术，以应用于HBM4产品。据韩媒JoongAng报道，SK海力士已开始招聘CPU和GPU等逻辑半导体的设计人员，希望将HBM4直接堆叠在处理器上，这样GPU与HBM之间的连接将不再需要依赖中介层。SK海力士和英伟达极有可能从头开始共同设计芯片，并将生产委托给台积电。 投资建议 HBM采用3D封装形式，MUF塑封底填和TSV硅通孔是关键技术环节，相关产业链公司有望受益于HBM行业的发展。我们建议关注环氧塑封料及其上游原材料、TSV硅通孔等环节，主要标的包括华海诚科、雅克科技、德邦科技等。同时建议关注下一代HBM4技术方案可能带来的产业链变化。 风险提示：HBM4产品封装技术方案变化的风险、算力需求不及预期的风险、下游厂商验证结果不及预期的风险。 1.HBM：高算力需求带动存储市场扩容 1.1HBM性能相比于GDDR大幅提升 HBM全称High Bandwidth Memory，意为高带宽内存，通过3D堆叠封装的方式集成多片DRAM芯片。相比于DDR4、GDDR5可以实现更少的功耗、更小的面积、更高的带宽和容量，常用于搭配CPU、GPU或其他类型的高性能计算类芯片。 图表1：HBM侧面结构示意图 从GDDR5/6到HBM，性能大幅度提升。和传统内存产品相比，HBM可以实现更高的内存和带宽，并且降低功耗以及所需要占用的面积。根据美光的统计，GDDR5的单字节功耗约为9pJpB，HBM2E则降至6pJpB；相应的内存则从8GB提升至16-32GB。 AMD的研究表明，相比于GDDR5，HBM的表面积减少了超过94%。 图表2：GDDR5/6与HBM产品性能对比 图表3：GDDR5与HBM表面积大小对比 1.2HBM更新换代或将带来上游产业链新变化 HBM平均每2年完成一次更新换代，最新一代HBM3E已量产。从HBM各家厂商发展历史来看，三星在HBM2一度处于领先地位，但SK海力士在HBM2E至HBM3E后续产品上实现了反超，而美光相对比较落后，2020年才开始推出HBM2。从产品迭代更新的节奏来看，一般每2-3年会有一次代际更替。目前英伟达最新发布的GPU H200搭载的是最新一代HBM3E内存产品。 图表4：HBM行业发展历史 HBM4产品设计方案和封装形式或将发生变化。2023年10月，三星副总裁兼内存业务部DRAM开发主管Sangjun Hwang宣布，下一代产品HBM4正在开发中，目标2025年供货。Sangjun Hwang表示，三星还在准备开发针对高温热特性优化的非导电粘合膜（NCF）组装技术和混合键合HCB技术（HCB：从微凸点键合转向无凸点键合，将铜层与铜层直接互连），以应用于HBM4产品。 据韩媒JoongAng报道，SK海力士已开始招聘CPU和GPU等逻辑半导体的设计人员，希望将HBM4直接堆叠在处理器上，这样GPU与HBM之间的连接将不再需要依赖中介层。SK海力士和英伟达极有可能从头开始共同设计芯片，并将生产委托给台积电。 图表5：HBM3E产品集成方案示意图 图表6：HBM4产品集成方案示意图 1.3算力需求驱动增长，SK海力士和三星主导市场 高算力需要高内存，算力发展驱动存储需求增长。根据SK海力士的研究，普通服务器不需要使用HBM，DDR5的用量为500GB，而在AI服务器中，HBM用量超过500GB，DDR5的用量也将达到普通服务器的2-4倍。 以NVIDIA最新GPU产品H200为例：NVIDIA H200是首款采用HBM3E的GPU，凭借HBM3E，NVIDIA H200能够提供传输速度达4.8TB/秒的141GB显存。与上一代架构的NVIDIAA100相比，其容量几乎翻了一倍，带宽也增加了2.4倍。 图表7：AI领域的竞争是促进存储需求增长的驱动力 HBM市场规模有望突破百亿美元。根据Mordor Intelligence的数据，HBM市场规模在2023年达到20.4亿美元，2028年有望达到63.2亿美元，CAGR超过25%。而TrendForce预计2025年市场规模就会突破100亿美元。同时TrendForce认为2023年HBM需求量达到2.9亿GB，同比增长超过60%。 图表8：HBM市场规模增长情况（亿美元） 图表9：HBM需求量增长情况 HBM2E和HBM3仍占据市场主流地位。从HBM各代际产品市场份额变化情况来看，HBM3份额快速提升，有望从2022年的8%提升至2024年的60%，HBM2E则预计从2022年的70%降至2024年的25%。随着各家厂商的量产推进，HBM3E有望在未来持续提升份额。 图表10：HBM代际份额变化情况 SK海力士和三星主导HBM市场。从HBM的竞争格局来看，根据TrendForce统计，三星和SK海力士垄断超过90%的市场份额，其中2022年SK海力士市占率达到50%，三星市占率达到40%，美光仅有10%。预计2024年三星和SK海力士将各自占据47-49%的市场份额，美光因为研发和量产进度缓慢，市占率或将缩水至3-5%。 图表11：2022年HBM各厂商市场份额 图表12：HBM各厂商市场份额变化情况 1.4相关标的 HBM采用3D封装形式，MUF塑封底填和TSV硅通孔是关键技术环节，相关产业链公司有望受益于HBM行业的发展。 华海诚科：公司是国内半导体环氧塑封料领军企业，持续布局的先进封装塑封料GMC和LMC可用于HBM封装。其中，68系列产品在通富微电模塑性验证合格，正在其他客户处进行可靠性考核；900系列产品目前在重庆矽磐微、合肥矽迈、中科芯、通富微电等客户仍处于持续验证过程中。 联瑞新材：公司是国内规模领先的硅微粉生产高新技术企业。颗粒封装材料（GMC）中需要添加TOP CUT20um以下球硅和Lowα球铝，公司部分客户是全球知名的GMC供应商，公司配套供应HBM封装材料GMC所用球硅和Lowα球铝。 壹石通：公司主要产品包括新能源锂电池涂覆材料、电子通信功能材料和低烟无卤阻燃材料等三大类。HBM封装所需的环氧塑封料，其中最主要的功能填充材料就是Low-α球形二氧化硅或Low-α球形氧化铝。公司定增项目年产200吨高端芯片封装用Low-α射线球形氧化铝项目已进入产线调试阶段，做好了产能储备，不同型号的产品均已在客户端测试。 雅克科技：子公司华飞电子从事电子封装用二氧化硅填料的生产和销售。华飞电子球形氧化铝等产品已经开始向客户稳定供货，反馈良好；亚微米球形二氧化硅研发完成，并向部分客户进行销售；其他新材料的研发也在按计划推进中。公司硅微粉业务的市场份额得到进一步巩固。 图表13：SK海力士MR-MUF塑封底填技术示意图 晶方科技：公司作为晶圆级硅通孔（TSV）封装技术的领先者，聚焦以影像传感芯片为代表的智能传感器市场，持续根据产品与市场新需求，对工艺进行创新优化。 2022年，公司作为牵头单位获批承担国家重点研发计划“智能传感器”重点研发专项：“MEMS传感器芯片先进封装测试平台”项目,项目将针对MEMS产品应用需求，开发整合TSV-Last、Cavity-last等前道工艺能力，实现从影像传感领域向MEMS领域的拓展突破。 天承科技：公司主营业务为电子电路功能性湿电子化学品的研发、生产和销售。 公司上海工厂二期项目已启动，拟投入5000万元用于半导体相关功能性湿电子化学品的生产设备和车间改造，计划明年1月份投产，主要用于先进封装和TSV部分。对晶圆的大马士革电镀后续有产品计划。 2.风险提示 HBM4产品封装技术方案变化的风险：据韩媒JoongAng报道，SK海力士已开始招聘CPU和GPU等逻辑半导体的设计人员，希望将HBM4直接堆叠在处理器上。因此SK海力士下一代HBM产品技术方案可能发生变化，相应产业链环节可能产生调整。 算力需求不及预期的风险：HBM的高速增长主要来源于算力芯片领域的强劲需求，如果算力芯片下游需求不及预期，HBM市场规模的增长或将受到不利影响。 下游厂商验证结果不及预期的风险：国内多家上游原材料厂商仍处于产品研发和验证阶段，如果下游客户的量产进度较慢，或者验证结果不符合要求，或将对上游原材料厂商的量产进度产生不利影响。