HBM 4，开卷！

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文章摘要

随着人工智能和高性能计算需求的不断增长，高带宽存储器（HBM）技术在内存行业中备受瞩目。尽管内存市场普遍面临亏损，但HBM市场却持续走高，特别是海力士作为英伟达H100的HBM供应商，成为AI浪潮中盈利颇丰的厂商之一。目前，尽管HBM 3E发布仅一年左右，SK海力士和三星这两家韩国厂商已开始围绕HBM4的量产展开激烈竞争，计划于10月和11月完成基本设计并进入量产阶段，以期在AI芯片市场占据主导地位。

HBM4技术规格相较于HBM3E有显著提升，提供了双倍的通道宽度，从2048位提升至1024位，数据传输速度和性能均得到增强。HBM3E堆叠了12个DRAM芯片，支持24GB和32GB容量，而HBM4则可堆叠16个DRAM芯片，支持64GB容量。JEDEC表示，HBM4旨在提高数据处理速度，同时保留更高的带宽、更低的功耗和更大的单个芯片或堆栈容量等关键特性，这对于需要高效管理大型数据集和复杂计算的应用至关重要。

HBM技术标准的争夺一直是技术路线之争的焦点。海力士和三星都希望将标准化为己用，通过与内存和逻辑制造商共同设计芯片，再由晶圆代工厂制造。而美光则主张通过HBM-GPU组合芯片获得更快的内存访问速度，但这种依赖单一厂商的策略存在较大风险。随着机器学习训练模型的增大和训练时间的延长，加快内存访问速度和提高每个GPU内存容量的需求愈发迫切。

SK海力士副总裁柳成洙在首尔举办的“SK利川论坛2024”上公布了公司的战略，即开发一款性能比现有HBM高出30倍的产品。柳成洙强调，公司专注于通过先进的执行能力，以面向AI的内存解决方案来应对大众市场。SK海力士的HBM受到全球公司的高度关注，尤其是七大科技巨头（M7），包括苹果、微软、谷歌Alphabet、亚马逊、Nvidia、Meta和特斯拉等。柳成洙表示，公司需要自己定义内存规格，而不是跟随其他公司。

为了实现HBM4的量产，SK海力士与台积电组建了AI半导体联盟，结合双方在各自领域的优势，协调战略。台积电将使用12FFC+（12nm级）和N5（5nm级）工艺技术协助海力士生产HBM4芯片。台积电的N5工艺可实现更多集成逻辑和功能，互连间距从9微米缩短至6微米，这对于片上集成至关重要。同时，台积电还在优化其封装技术，特别是CoWoS-L和CoWoS-R，以支持HBM4集成。

三星作为拥有晶圆代工、存储器、封装等能力的IDM企业，也在积极推动定制化的HBM AI解决方案。三星电子内存部门新事业企划组长崔章锡表示，公司打算为HBM4代开发多种定制化的HBM内存产品，并宣布与AMD、苹果等大客户展开合作。三星的计划是以HBM4为契机扭转HBM战局中的劣势，利用系统LSI部门和代工部门的内部合作，从HBM4基础芯片的初始设计开始优化性能。

混合键合技术成为内存市场的焦点，这项技术能够减少HBM厚度并提高速度，被认为是决定市场成败的关键技术。SK海力士正在开发预计明年量产的HBM4的两种键合方式，包括现有的MR-MUF和混合键合的双轨方式。混合键合技术无需在DRAM之间使用凸点，直接连接DRAM，大幅减少HBM的厚度，缩短DRAM之间的距离，加快数据传输速度。三星电子也在尝试颠覆HBM市场的动向，非常决心在HBM4中实现混合键合的成功。

目前，HBM市场已形成“一超一强一平”的格局。海力士技术实力雄厚，作为英伟达最重要的供应商，掌握着主动权。三星尽管在HBM3和3E的英伟达认证上表现不理想，但在HBM4上不容有失。美光虽然已向英伟达出货HBM，但市场份额较小，对HBM标准的影响有限。随着HBM4的到来，行业将迎来更激烈的竞争，胜者有望主宰未来十年的DRAM市场。