三星和SK海力士：2026年將量產HBM4，其他選手只能“眼紅”？

三星電子和 SK 海力士將引進先進的代工工藝，大規模生產第六代高帶寬內存 (HBM)，目標是在 2026 年。因此，擁有自己代工業務的三星和 SK 之間未來的 HBM 戰爭海力士與世界領先的代工廠臺積電結盟，預計將取決于代工廠的競爭力。

據業內人士 4 月 29 日消息，三星電子和 SK 海力士計劃通過將領先的代工工藝融入基礎芯片中，從 2026 年 HBM4（第六代 HBM）開始生產定制 HBM。

HBM 的實現方法是將核心芯片 DRAM 芯片堆疊在位于封裝底部的稱為基礎芯片的方形框架頂部，然后使用硅通孔 (TSV) 技術將它們垂直連接。基礎芯片連接到圖形處理單元 (GPU) 或 ASIC，控制 HBM 并從每個 DRAM 收集計算數據以傳輸到 GPU。在第五代 HBM3E 之前，基礎芯片的技術難度已經足夠低，可以采用 DRAM 工藝制造。

然而，隨著客戶的人工智能服務不斷進步，對具有卓越性能和更低功耗的 HBM 的需求不斷增長，因此需要改進基礎芯片性能。為了滿足客戶的期望，使基礎模具的功能多樣化需要利用領先的鑄造工藝。

SK海力士最近與臺積電進行技術合作，也是奪取定制HBM領導地位的戰略一步。盡管SK海力士通過SK海力士System IC和SK海力士Key Foundry這兩家子公司開展代工業務，但其主要重點還是較舊的8英寸工藝。據了解，HBM4 基礎芯片的制造工藝低于 5 納米。目前，全球僅有三星電子和臺積電建立了5納米以下超微細工藝的量產體系。


三大巨頭結盟，全球壟斷

4月25日，崔泰源發布了一張與黃仁勛的合影。

崔泰源在硅谷的Nvidia總部與黃仁勛見面并拍下了這張照片。黃仁勛在崔泰源收到的一本小冊子上簽名，上面寫著“為了我們的合作，共同創造人工智能和人類的未來”。

外界普遍認為，崔泰源與黃仁勛此次會晤涉及HBM問題。

英偉達是AI芯片領域的領軍企業，占據全球AI芯片市場80%的份額。去年，SK海力士成為英偉達AI專用圖形處理器 (GPU) 所用的第4代 HBM (HBM3) 的獨家供應商，并占據該市場的頭把交椅。

SK海力士在開發新型第五代HBM（HBM3E）方面也領先于三星電子。不過，上個月在美國加州圣何塞舉行的“GTC 2024”開發者大會新聞發布會上，黃仁勛透露他們正在測試三星的HBM，這讓SK海力士感到擔憂。

第二天，黃仁勛來到三星電子展位，在展示的12層HBM3E上簽名“JENSEN APPROVED”，這進一步引發了猜測。

雖然“批準”的具體含義尚未明確，但這被解讀為對三星HBM產品的期待。

業內人士表示，崔泰源此次來訪可能是為了跟上HBM領域的主要競爭對手三星電子的步伐。SK海力士還計劃投資900億美元建設全球最大的超級晶圓廠，預計于2046年竣工。該公司最近還成為韓國市值第二大公司，僅次于三星。

此前，SK海力士還與全球最大的芯片代工廠臺積電簽署諒解備忘錄，一起合作打造HBM4芯片，利用臺積電先進的封裝技術和晶圓代工能力。

根據4月19日的聲明，SK海力士將利用臺積電的領先工藝。由于Nvidia也是臺積電的核心合作伙伴，這次和SK海力士加強合作關系，這也意味著在AI世界的半導體聯盟關系正式確立，形成一個共同的生態系統。

HBM4將引領技術變革

據悉，自2015年以來，從HBM1到HBM3e各種更新和改進中，HBM在所有迭代中都保留了相同的1024位(每個堆棧)接口，即具有以相對適中的時鐘速度運行的超寬接口。然而，隨著內存傳輸速率要求不斷提高，尤其是在DRAM單元的基礎物理原理沒有改變的情況下，這一速度將無法滿足未來AI場景下的數據傳輸要求。為此，下一代HBM4需要對高帶寬內存技術進行更實質性的改變，即從更寬的2048位內存接口開始。

接口寬度從每堆棧1024位增加到每堆棧2048位，將使得HBM4具備的變革意義。

當前，生成式人工智能已經成為推動DRAM市場增長的關鍵因素，與處理器一起處理數據的HBM的需求也必將增長。未來，隨著AI技術不斷演進，HBM將成為數據中心的標準配置，而以企業應用為重點場景的存儲卡供應商期望提供更快的接口。

根據DigiTimes援引Seoul Economy的消息：下一代HBM4內存堆棧將采用2048位內存接口。

將接口寬度從每堆棧1024位增加到每堆棧2048位將是HBM內存技術所見過的最大變化。自2015年以來，從HBM1到HBM3e各種更新和改進中，HBM在所有迭代中都保留了相同的1024位(每個堆棧)接口。

采用2048位內存接口，理論上也可以使傳輸速度再次翻倍。例如，英偉達的旗艦Hopper H100 GPU，搭配的六顆HBM3達到6144-bit位寬。如果內存接口翻倍到2048位，英偉達理論上可以將芯片數量減半到三個，并獲得相同的性能。

回顧HBM發展歷史，由于物理限制，使用HBM1的顯卡的內存上限為4GB。然而，隨著時間的推移，SK海力士和三星等HBM制造商已經改進了HBM的缺點。

HBM2將潛在速度提高了一倍，達到每個堆棧256GB/s，最大容量達到8GB。2018年，HBM2進行了一次名為HBM2E的小更新，進一步將容量限制提高到24GB，并帶來了另一次速度提升，最終達到峰值時的每芯片460GB/s。

當HBM3推出時，速度又翻了一番，允許每個堆棧最大819GB/s。更令人印象深刻的是，容量增加了近三倍，從24GB增加到64GB。和HBM2E一樣，HBM3看到了另一個中期升級，HBM3E，它將理論速度提高到每堆棧1.2 TB/s。

在此過程中，HBM在消費級顯卡中逐漸被更便宜的GDDR內存所取代。HBM越發成為成為數據中心的標準配置，以企業應用為重點場景的存儲卡供應商們期望提供更快的接口。


HBM市場測算：未來三年CAGR超80%

AI刺激服務器存儲容量擴充，HBM需求強勁

AI服務器刺激更多存儲器用量，大容量內存條、HBM、eSSD需求旺盛。根據Trendforce,目前服務器 DRAM （模組形態為常規內存條RDIMM和LRDIMM）的普遍配置約為500?600GB,而AI服務器在單條 模組上則多采64?128GB,單臺服務器搭載16?36條，平均容量可達1TB以上。對于企業級SSD,由于AI 服務器追求的速度更高，其要求優先滿足DRAM或HBM需求，在SSD的容量提升上則呈現非必要擴大容 量的態勢，但配置也顯著高于常規服務器。

隨著算力卡更新迭代，HBM規格持續提升。未來在AI模型逐漸復雜化的趨勢下，服務器的數據計算和 存儲需求將快速增長，并同步帶動服務器DRAM、企業級SSD以及HBM的需求成長。相較于一般服務器 而言，AI服務器多增加GPGPU的使用，以NVIDIA A100/H100 80GB配置8張計算，HBM用量約為 640GB,超越常規服務器的內存條容量，H200、B100、MI300等算力卡將搭載更高容量、更高速率HBM。

2024年HBM市場容量有望接近9億GB

我們測算了全球算力卡的HBM需求，結論是：

1、從容量看，2023年HBM市場容量為2.8億GB,預計2024年增長至8.9億GB, 2026年增長至14.1億GB, 2023?2026 年CAGR為71 %。增長驅動因素是：算力卡單卡HBM容量提升、算力卡出貨量提升、新的玩 家產品放量。

AI服務器出貨增速遠高于傳統服務器、手機、PC+NB等傳統市場，且單機DRAM容量增速更快，因此 HBM/全 球DRAM市場的占比將逐步提升，2023年容量占比為1% （2023年大宗DRAM市場容量為275億 GB） , 2026年 將提升至3%。

我們認為，目前HBM供應鏈以海外廠商為主，部分國內廠商打入了海外存儲/HBM供應鏈。國產HBM 正處于0到1 的突破期，目前HBM供應主要為韓系、美系廠商，國內能獲得的HBM資源較少。隨著國產 算力卡需求快速增長，對于算力卡性能至關重要的HBM也有強烈的供應保障訴求和國產化訴求。