HBM格局生变!传三星HBM3量产供货英伟达,国内厂商积极布局
电子发烧友网报道(文/吴子鹏)根据韩媒sedaily 的最新报道,三星华城17号产线已开始量产并向英伟达供应HBM3内存。同时,美光已经为英伟达供应HBM3E。至此,高端HBM内存的供应由SK海力士一家独大,变为三星、SK海力士和美光的“三分天下”。
当然,国产HBM也迎来了积极进展,国芯科技和紫光国微都公开透露过进展。
HBM对高性能计算至关重要
HBM也就是高带宽存储器,以其高带宽和快速的数据传输速度,在高性能计算领域扮演着核心角色。HBM是典型的3D结构产品,利用了业界最领先的3D封装技术,也是2D封装转向2.5D封装的重要组成部分。
HBM利用TSV硅穿孔技术和微凸点(Microbump)技术将DRAM Die和Logic Die堆叠在一起,进而形成具有高速和高存储密度的内存形态。然后通过先进封装技术,HBM可以与GPU或其他计算芯片相连,能够大大增加计算的内存带宽。
比如,在业界知名的英伟达计算卡上,HBM是发挥高性能计算能力的关键。在英伟达新一代GPU芯片B200上,每颗B200芯片都配备了高达192GB的HBM内存,提供高达8TB/s的带宽速度,这款计算卡上的HBM为HBM3E。此外,英伟达A100、H100、H200均采用了不同规格的HBM内存,打破了困扰高性能计算的“内存墙”。
过去几年,SK海力士一直都是英伟达HBM的主要供应商。由于英伟达是高端HBM的主要采购商,因此SK海力士也被认为是主导HBM市场发展。从数据方面来看,根据市场研究公司TrendForce的统计数据,2023年SK海力士占全球HBM市场规模的53%,比三星和美光加起来还要多,后两者的市场占比分别为38%和9%。
HBM让SK海力士赚得盆满钵满,根据SK海力士公司财报,该公司今年一季度销售额高达12.4万亿韩元(约合90亿美元),同比增长144%,显著好于市场预期,此前市场估计的数额是1.8万亿韩元(约合13亿美元)。SK海力士首席财务官 Kim Woohyun表示,“凭借HBM引领的AI内存领域业界最顶尖的技术,我们已经进入明显的复苏阶段。”根据此前的报道,虽然SK海力士2024年计划要让HBM产能实现翻番,不过该公司HBM内存生产配额已经全部售罄。
三星和美光加大追赶力度
有分析师预估,SK海力士在HBM业务方面的营业利润率是普通DRAM内存业务的两倍。如此赚钱的生意,三星和SK海力士定然虎视眈眈。根据三星内部人士透露,三星内部已经定下目标,那就是取得英伟达的测试认证,并持续引领HBM内存技术发展。
目前,在三星官网主推的是HBM3 Icebolt ,能够完全满足HBM3内存标准,采用12层高速DRAM,提供6.4Gbps处理速度和高达819GB/s的带宽。从容量来看,三星HBM3 Icebolt单Die容量为16Gb,单颗HBM内存的容量可以达到24GB,以目前大部分2.5D封装1个计算核心加上4颗HBM的配置,那么单个计算卡就可以提供96GB的大容量内存。如果是1个计算核心配8颗HBM,那么容量将达到192GB。
在高端HBM供应上,要想引领市场的发展,就需要获得英伟达的认可,因为该公司计算芯片占据全球超过80%的市场份额。近一段时间以来,三星和英伟达之间的项目似乎并不顺畅,接连传出“三星HBM良率过低”,“英伟达要求三星更改HBM芯片设计”等传闻,虽然三星对上述不利传闻都进行了否认,但迟迟不见工厂量产,确实对三星不利。
根据韩媒的最新报道,三星华城17号产线已经开始量产HBM3内存,并为英伟达供货,目前这一消息没有得到三星和英伟达方面的证实。然而,相比过往,目前三星HBM开始有好消息了。同时,有三星供应链人士称,三星在HBM3、HBM3E和HBM4产能规划上非常积极,目前已经暂缓NAND闪存产线投资计划,并将平泽P4工厂转为DRAM专用生产线以弥补通用DRAM供应不足,保障HBM和DDR5内存的供应。
正如上述提到的,三星现在的竞争对手不只有SK海力士,还有同样觊觎SK海力士订单的美光。美光在2022年大胆放弃了HBM3的研发和量产计划,将精力集中在HBM3E内存的研发和改进上。这一决策取得了巨大的成功,目前美光HBM3E内存已经向英伟达供货,并且产品的能效比很有优势。按照美光的官方数据,8Hi堆叠的24GB HBM3E内存功耗比竞品低30%。
当前,美光已经开始向英伟达H200 AI GPU出货HBM3E内存,今年三季度这款高性能的计算芯片就将开始大规模量产。
从目前的进度来看,三星似乎落后了,不过中国台湾供应链方面的消息称,三星电子之前要求其合作伙伴拨出与HBM3E供应有关的产能准备,三星HBM3E已经于今年4月份实现量产。当前三星HBM3E已经通过了英伟达的验证,将会在今年三季度大规模供货。按照三星的时间节点,该公司将会在7月31日举行财务报告会议,相当一部分分析师认为,三星将会在这场会议里官宣HBM3E的进度。
进入2024年,三星半导体团队据悉已经开展四次改组和调整,目标就是打造出一个具有行业竞争力的HBM团队,将专注于HBM3、HBM3E和HBM4技术研发,目标让三星取得HBM技术发展领军者的地位。
目前,三星、SK海力士和美光在HBM3E方面的进展已经同步,单颗HBM容量步调一致。不过,美光和三星的挑战都在于良率,据悉SK海力士在HBM3E方面的良率在5月份就已经超过了80%,到英伟达产品开始上量的时候,SK海力士在HBM3E良率方面应该会具备一定的优势。当然,SK海力士的挑战在于产能。
国产厂商积极参与HBM打造
HBM是先进封装重要的组成部分,主流的HBM制造工艺是TSV+Micro bumping+TCB,要实现这些步骤就需要对应的设备和材料。有业内人士表示,IC设备和材料供应商已经接到来自中国大陆厂商的订单需求。
从生产厂商进展来看,目前国内头部的封装企业都能够提供支持HBM生产的先进技术,比如TSV和Micro bumping,不过在精度方面,预计和国际大厂还有一定的差距。
从产品研发进展来看,国内国芯科技和紫光国微等厂商都在布局HBM研发。此前,国芯科技在回答投资者问时表示,该公司在客户定制服务产品中使用HBM接口IP技术,目前正在基于先进工艺开展流片验证工作。紫光国微也回应投资者称,该公司的HBM产品目前还处于研发阶段,已经通过初样测试。
由于先进制程的问题,国产芯片在先进封装方面的布局很难跟随台积电、英特尔和三星方面的技术路线,这就导致国产芯片对于HBM的需求也定然和英伟达等公司的需求不同。当然,说这些还为时尚早,目前国产HBM内存仍处于从0到1的技术攻关阶段。
结语
HBM因为高性能、高带宽和高存储密度的优点,在高性能计算芯片打造的过程中,具有明显的优势,打破了长期困扰高性能计算芯片发展的“内存墙”问题。相较于传统DRAM,HBM具有更高的溢价空间,这让SK海力士赚得盆满钵满。随着三星和美光在HBM、HBM3E以及未来的HBM4上持续发力,HBM市场将由一家独大,转变为“三分天下”。
对于国产厂商而言,HBM是打造先进封装非常重要的一环,目前国内也在积极地筹备,争取尽早实现0到1的突破。
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