1、高带宽存储器概述
HBM即高带宽存储器，通过使用先进封装（如TSV硅通孔、微凸块）将多个DRAM芯片进行堆叠，并与GPU一同进行封装，形成大容量、高带宽的DDR组合阵列。HBM 通过与处理器相同的“Interposer”中间介质层与计算芯片实现紧凑连接，一方面既节省了芯片面积，另一方面又显著减少了数据传输时间；此外HBM采用TSV工艺进行3D堆叠，不仅显著提升了带宽，同时降低了功耗，实现了更高的集成度。
2、高性能GPU需求推动下，HBM已经成为AI服务器的搭载标配
根据观研报告网发布的《中国高带宽存储器（HBM）行业现状深度分析与发展前景预测报告（2024-2031年）》显示，近年来，随着AI大模型兴起，催生大量算力需求，这也使得AI服务器对芯片内存容量和传输带宽提出更高要求。高带宽存储器（HBM）具备高带宽、高容量、低延时和低功耗优势，已逐步成为AI服务器中GPU的搭载标配。例如，英伟达推出的多款用于AI训练的芯片A100、H100和H200，均采用HBM显存。
AI服务器中搭载HBM
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类别 |
NIVDA |
AMD |
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A100 |
H100 |
H200 |
MI250X |
MI300 |
MI300A |
MI300X |
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LaunchTime |
2020.05 |
2022.03 |
2024Q2 |
2021.11 |
2023.01 |
2023.06 |
2023.06 |
|
Process |
7nm |
4nm |
/ |
6nm |
5nm |
5/6nm |
5nm |
|
HBM-Bandwidth |
1.5TB/s |
3TB/s |
2.3TB/s |
3.2TB/s |
\ |
\ |
4.8TB/s |
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HBM-Capacity |
40G(HBM2ex6) |
80G(HBM3x5) |
141G(HBM3e) |
128G(HBM2ex8) |
128G(HBM3x8) |
128G(HBM3×8) |
192G(HBM3×8) |
|
Interface |
PCIe4.0 |
SXM5 |
SXM5 |
PCIe4.0 |
PCIe5.0 |
PCIe5.0 |
PCIe5.0 |
|
ICPackageTechnology |
CoWoS |
CoWoS |
/ |
EFB |
CoWoS(e) |
3DChiplet |
3DChiplet |
|
MemoryClock |
3.2GbpsHBM2e |
5.24GbpsHBM3 |
-6.5GbpsHBM3e |
1.6GHz |
/ |
/ |
/ |
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MemoryBandwidth |
2TB/sec |
3.35TB/sec |
4.8TB/sec |
3.2TB/sec |
/ |
/ |
5.2TB/sec |
|
VRAM |
80GB |
80GB |
141GB |
/ |
/ |
/ |
/ |
|
Interface |
SXM4 |
SXM5 |
SXM5 |
/ |
/ |
/ |
/ |
|
Architecture |
Ampere |
Hopper |
Hopper |
CDNA2 |
CDNA3 |
CDNA3 |
CDNA3 |
资料来源：观研天下整理
3、AI服务器出货量持续增加，为全球HBM行业带来百亿美元的增量空间
随着算力规模不断扩大，驱动AI服务器出货量大幅增加，2026年将达236.9万台，同时GPU基板搭载HBM数量从4颗增至6颗，单个HBM容量从HBM1的1GB提升至HBM3的24GB，HBM价值也随着产品迭代升级而增长。因此，在量价驱动下，全球HBM行业市场规模不断扩大，预计2030年将达到576亿美元。
数据来源：观研天下整理
数据来源：观研天下整理
4、HBM市场呈现三分天下的格局，其中SK海力士技术领先
在市场竞争方面，目前，全球HBM市场被三大原厂占据，其中海力士份额领先，占据HBM市场主导地位。根据数据，三大原厂海力士、三星、美光2022年HBM市占率分别为50%、40%、10%。其中，海力士是最先开发出HBM芯片，拥有MR-MUF核心技术（MR-MUF能有效提高导热率，并改善工艺速度和良率），抢占市场先机，2023年4月公司实现全球首创12层硅通孔技术垂直堆叠芯片，容量达到24GB，比上一代HBM3高出50%，并且计划在2023年年底前提供HBM3E样品，并于2024年量产，目标2026年生产HBM4。
数据来源：观研天下整理
全球高带宽存储器（HBM）行业三大原厂技术简介
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企业名称 |
简介 |
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SK海力士 |
SK海力士当前技术领先，核心在于MR-MUF技术，MR-MUF能有效提高导热率，并改善工艺速度和良率。SK海力士于2021年10月率先发布HBM3，2023年4月公司实现了全球首创12层硅通孔技术垂直堆叠芯片，容量达到24GB，比上一代HBM3高出50%，SK海力士计划在2023年年底前提供HBM3E样品，并于2024年量产，公司目标2026年生产HBM4 |
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三星 |
三星则有万亿韩元新建封装线，预计25年量产HBM4。为应对HBM市场的需求，三星电子已从三星显示（SamsungDisplay）购买天安厂区内部分建筑物和设备，用于建设新HBM封装线，总投资额达到7000-10000亿韩元。三星预计将在2023Q4开始向北美客户供应HBM3 |
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美光 |
美光则将在2024年量产HBM3E，多代产品研发中。美光在此前的财报电话会议上表示将在2024年通过HBM3E实现追赶，预计其HBM3E将于2024Q3或者Q4开始为英伟达的下一代GPU供应。11月6日美光在台湾台中四厂正式开工，宣布将集成先进的探测和封装测试功能，生产HBM3E等产品 |
资料来源：观研天下整理
5、国产高带宽存储器（HBM）厂商机遇在哪里？
那么国产厂商该如何突破国外垄断呢？从产业链方面，HBM产业链主要由IP、上游材料、晶粒设计制造、晶片制造、封装与测试等五大环节组成。目前，我国高带宽存储器（HBM）厂商则主要处于上游材料和半导体设备领域。在封测设备方面，随着封装技术不断更新换代，对固晶精度要求持续提高，HBM高带宽特征拉动键合需求，从μbump到TCB/混合键合，推动固晶步骤和固晶机单价提升，而2021年封测设备中的焊线机和固晶机国产化率仅3%，国产替代空间广阔。
在前驱体方面，前驱体核心供应商雅克科技通过收购韩国前驱体厂商UPChemical、LG光刻胶事业部、Cotem成为SK海力士、LG品示的核心供应商，并且已进入合肥长鑫、长江存储、京东方等龙头客户。高算力芯片带动HBM需求，SK海力士于2022年6月宣布开始量产HBM3，而UPChemical作为其前驱体核心供应商将充分受益。在封装领域，华海诚科应用于先进封装的颗粒状环氧塑封料（GMC）及FC底填胶等已通过客户验证，液态塑封材料（LMC）正在客户验证过程中，未来或将实现产业化并打破外资厂商的垄断地位。（WYD）
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