HBM高带宽特性释放AI硬件性能AI高景气持续驱动需求高增20240717

HBM：高带宽特性释放AI硬件性能，AI高景气持续驱动需求高增20240717_导读2024年07月18日00：53 关键词 HBMAIGPU存储芯片带宽封装技术投资建议风险提示国产替代全文摘要 随着人工智能和高性能计算需求的急剧增长，HBM技术因其高带宽、低功耗和低延迟特性而受到市场的广泛关注。目前，HBM技术已经发展到第五代，并有厂商计划推出下一代产品。市场研究表□明，HBM在未来的出货量和产值方面都将实现显著增长，不过市场竞争仍然相对集中，尤其是由韩系厂商主导。三大半导体厂商近期宣布增加投资以扩大HBM产能，预计将实现每月近27万片的生产能力，较之前增长三倍。HBM生产的关键技术之一是硅通孔(TSV)技术，相比传统平面DM技术，TSV技术能够实现更高的芯片密度垂直对接，有效缩短信号传输路径并降低成本。各大厂商正采用不同封装技术来提高导热效率和散热性能，例如三星的优化TCNCF技术和SK海力士的MIMUF技术。 未来，SK海力士计划采用混合键合技术生产HBM4，这将进一步提升HBM产品的带宽和能量效率 。全球领先的存储厂商加大对HBM产品研发的投入，致力于满足AI对高带宽存储的需求。尽管市场需求强劲，但国产替代和供应链风险仍然是值得关注的问题。 章节速览 ●00：00探索HBM技术：AI与高性能计算的新宠□随着AI和高性能计算的需求日益增长 ，HBM技术凭借其提供高带宽、低功耗和低延迟的优势成为市场焦点。目前，HBM已发展至第五代 ，且有厂商计划推出下一代产品。市场研究显示，HBM在未来几年的出货量和产值都将实现显著增长 ，但市场竞争格局仍较为集中，韩系厂商占据主导地位。 ●05：47全球半导体产业加速发展：HBM产能扩张和技术革新□随着全球对高带宽内存(HBM)需求的不断增长，三大半导体厂商宣布增加资本投入扩建HBM产能，预计年底前总产能将达到近27万片/月，增长三倍。HBM生产的核心技术之一是硅通孔(TSV)技术，相较于传统的平面DM，TSV技术能实现更高密度的芯片垂直对接，有效缩短信号传输路径并降低成本。目前，各厂商正在采用不同的封装技术，如三星的优化TCNCF技术和SK海力士的MIMUF技术，以提高导热 效率和散热性能。展望未来，SK海力士计划采用混合键合技术生产HBM4，该技术无需焊料凸块，采用直接同对同连接方式，有望进一步提升HBM产品的带宽和能量效率。 ●11：02HBM技术发展及市场前景分析□全球领先存储厂商加大HBM产品研发投入，致力于满足AI对高带宽存储的需求。SK海力士作为行业先锋，已实现HBM3亿出货，正规划HBM4 发布。三星紧随其后，虽技术路径有别，但积极扩产并提升HBM技术研发。美光科技着重于降低功耗 ，快速推进HBM31研发与应用，目标市场反响积极。整体而言，HBM作为AI硬件关键内存技术 ，市场需求强劲，产业链各环节有望持续受益。但国产替代及供应链风险仍是值得关注的问题。 问答回顾 发言人问：HBM的基本定义及优势是什么？ 发言人□答：HBM是一种基于3D立体堆叠的DRAM技术，通过硅通孔TSV技术将多块DRAM芯片垂直集成，并与GPU一同封装，形成大容量、高带宽的组合阵列，显著提升了存储芯片的带宽能力，相比传统DDR5内存提升了数十倍以上，同时还具备低功耗和低延迟等优势。 发言人问：当前AI和大数据对HBM的需求有何特点？ 发言人答：随着GPT3等大型AI模型参数数量指数级增长，数据中心和边缘设备在处理海量数据 时对更高算力的需求强烈，特别是内存传输速率和带宽方面的提升更为迫切。HBM凭借其高带宽特性已成为高 性能计算和人工智能领域的首选内存技术，例如英伟达H100s，远超上一代A100的产品性能 。 发言人问：HBM的发展现状如何，市场趋势又怎样？GPU集成6颗HBM3，内存带宽超过3TB/ 发言人□答：目前市场上主要以HBM2X产品为主，但随着HBM3X的持续放量，到2024年 市场占比有望由39%提升至60%。各大存储厂商如SK海力士已计划提前发布第六代HBM4，并加速资本开支扩充产能，预计到今年年底，三大厂商合计HBM月产能将接近27万片，HBM3X的市场需求将持续增强，市场份额将逐步提升。 发言人问：HBM市场的竞争格局如何，各原厂在全球市场上的地位如何变化？ 发言人答：当前HBM市场主要被韩系厂商SK海力士和三星所主导，两者市场份额分别为53%和42%，国产厂商台积电暂居第三。然而，随着三星在整体存储领域的领先地位和技术优势以及地缘因素，预计未来三家原厂HBM市场份额差距将会逐渐缩小。 发言人问：HBM的封装技术有哪些关键特点及其发展动态如何？ 发言人答：HBM封装技术的核心在于TSV技术，相较于传统引线电容技术，TSV能有效提高芯 片垂直叠加密度，缩短信号传输路径，降低封装成本。目前，三星主要采用优化后的TCNCF技术生 □产HBM3X，而SK海力士则采用MIMUF技术，该技术具有更高的导热效率和更好的散热效果 ，尤其适用于带宽容量较大、功耗要求较高的产品，如SK海力士HBM3X相比TCNCF工艺，在同等条件下能有效降低14摄氏度的最大结构温度。 发言人问：海力士如何通过先进封装技术优化HBM产品？ 发言人答：海力士最新采用了先进的MIMUIMIMU技术叠加改进后的ENC工艺，成功解决了 芯片减薄带来的缺水问题，并实现了生产效率提高三倍及散热性能提升2.5倍的效果。这种新技术使得带宽容量的增长能够更好地适应层数和密度的提升。 发言人问：混合键合技术在HBM4封装中的优势是什么？ 发言人□答：混合键合技术是一种摒弃传统焊料凸块的设计，采用直接相同接合方式的技术，显著降 低了电极尺寸并提高了单位面积内IO数量。这一技术优势有助于降低功耗、改善芯片上升性能，并能通过缩小芯片间间隙实现更大容量封装，从而提升HBM产品的带宽和能量，有望成为未来HBM主流对接技术。 发言人问：SK海力士和三星在全球HBM市场的地位如何？ 发言人□答：SK海力士作为全球领先的数据存储厂商，凭借先进的封装技术如advancedMRMUF和HKMG等，已成为HBM领域的领导者，满足了人工智能对高带宽存储的需求，市场份额居全球第一。目前，SK海力士计划在2025年提前一年发布HBM4，并计划在未来几年投资大 量资金扩大产能以保持领先地位。相比之下，三星虽然起步较晚，但由于强大的研发技术和市场影响力 ，其HBM市场份额虽稍逊于SK海力士，但也位于全球第二的位置，并正通过积极扩产和技术优化追赶SK海力士的步伐。