AI“卖铲者”：HBM，新混战！

对于韩国半导体行业来说，去年有一个好消息和一个坏消息。

坏消息是内存和存储行业进入到了下行周期之中，库存飙升，价格狂跌，韩国半导体厂商也因此蒙受了一次巨大的损失，近几个季度的财报里出现了亏损。

而好消息呢，就是在下行周期中，由于英伟达的AI加速卡带动，HBM异军突起，成为了唯一能逆市大幅增长的内存产品，而且韩国厂商占据了90%的份额，一定程度上弥补了传统内存业务的损失。

为了支持HBM的发展，韩国政府最近还将HBM确定为了国家战略技术，将为HBM供应商如三星电子和SK海力士等提供税收优惠，该决定属于韩国税法修正案执法法令草案的一部分，相比一般研发活动，国家战略技术可享有更高的税收减免：中小型企业可获得最高40%至50%减免，而大型企业可获得30%至40%减免。

2024年的HBM依旧火热，英伟达的H100与200依旧是市面上最抢手的GPU，其对于HBM的需求自然也是水涨船高，对于三星和SK海力士来说，政策支持加上市场发展，继续扩产HBM似乎已经是板上钉钉之事了。

首先是HBM的领头羊——SK海力士。

SK海力士去年第三季度的业绩是所有内存厂商里最亮眼的，而在1月25日，SK海力士也发布了最新的2023年第四季度及2023年全年财报：

第四季营收同比增长47%至11.3055万亿韩元，高于分析师预期的10.4万亿韩元；毛利润为2.23亿韩元，同比大增9404%，毛利润率为20%，为连续第三个季度回升；营业利润为3460亿韩元（约合人民币18.54亿元），好于分析师预期的亏损1699.1亿韩元，营业利润率为3%；净亏损为1.3795万亿韩元（约合人民币73.94亿元），优于分析师预期的亏损0.41万亿韩元，但较前一季度亏损大幅缩窄，净亏损率为12%。EBITDA（税息折旧及摊销前利润）为3.58亿韩元，同比增长99%。

SK海力士在财报中指出，这一业绩的实现主要归功于SK海力士在第四季度AI存储芯片HBM3和大容量移动DRAM等旗舰产品的销售额大幅增长，分别比上年同期增长了4倍和5倍以上，AI服务器和移动应用程序的需求上升，改善了2023年最后一个季度的整体内存市场状况。

HBM作为财报里最亮眼的一笔，SK海力士也在财报中表示，计划在2024年增加资本支出，并将生产重心放在HBM等高端存储产品上，HBM的产能对比去年将增加一倍以上，此前海力士曾预计，到2030年其HBM出货量将达到每年1亿颗，并决定在2024年预留约10万亿韩元（约合76亿美元）的设施资本支出——相较2023年6万亿-7万亿韩元的预计设施投资，增幅高达43%-67%。

扩产的重点是新建和扩建工厂，去年6月有韩媒报道称，SK海力士正在准备投资后段工艺设备，将扩建封装HBM3的利川工厂，预计到今年年末，该厂后段工艺设备规模将增加近一倍。

此外，SK海力士还将在美国印第安纳州建造一座最先进的制造工厂，据两位接受英国《金融时报》采访的消息人士透露，这家韩国芯片制造商将在这家工厂生产HBM堆栈，这些堆栈将用于台积电生产的Nvidia GPU，SK集团董事长表示，该工厂预计耗资220亿美元。

对比之下，三星在HBM上就显得有些被动了，三星电子从去年第四季度开始扩大第四代HBM即HBM3的供应，目前正进入一个过渡期。

1月31日，在第四季度及年度财报电话会议上，三星电子表示预计存储器业务将在今年第一季度恢复正常，三星电子内存业务部门副总裁 Kim Jae-joon表示：“我们计划积极应对与生成式 AI 相关的HBM服务器和SSD需求，重点关注提高盈利能力，预计内存业务将在今年第一季度恢复盈利。”

内存业务恢复盈利的关键在于HBM、服务器内存等高价值产品。值得注意的是，三星去年第四季度HBM销售额同比增长3.5倍，三星电子计划集中其整个半导体部门（包括代工厂和系统 LSI 业务部门）的能力，提供定制 HBM 以满足客户需求。

三星的代表评论道：“HBM 位销售额每个季度都在打破记录。去年第四季度，销售额环比增长超过40%，同比增长超过3.5倍。特别是在第四季度，我们锁定了主要 GPU 制造商作为我们的客户。” 该代表进一步预测，“我们已经向客户提供了下一代HBM3E的8层堆叠样品，并计划在今年上半年开始量产。到下半年，其占比预计将达到90%左右。”

负责三星美国半导体业务的执行副总裁Han Jin-man则在今年1月表示，公司对包括 HBM 系列在内的大容量存储芯片寄予厚望，希望它能引领快速增长的人工智能芯片领域，“我们今年的 HBM 芯片产量将是去年的2.5倍，”他在CES 2024的媒体见面会上对记者说，“我们今年的HBM芯片产量将比去年提高2.5倍，明年还将继续提高2倍。”

三星官方还透露，公司计划在今年第四季度之前，将 HBM 的最高产量提高到每月15万至17万件，以此来争夺2024年的HBM市场。此前三星电子斥资105亿韩元收购了三星显示位于韩国天安市的工厂和设备，以扩大HBM产能，同时还计划投资7000亿至1万亿韩元新建封装线。

除了扩产外，它们也在为了下一代HBM标准而勾心斗角。

HBM3e在去年年底就提供了样品，预计将于今年第一季度完成验证和量产，而大家更为关注的显然是HBM4，其堆栈会从现有的12层增加到16层，可能会采用 2048 位内存堆栈连接接口，但目前HBM4标准没有最终确定，两家韩国厂商对此提出了各自不同的路线。

据Business Korea报道，SK海力士正准备为下一代HBM技术采用“2.5D扇出”封装。此举旨在提高性能，降低封装成本。这种技术以前未在内存行业使用，但在先进的半导体制造行业很常见，被认为有可能 "彻底改变半导体和代工行业"，SK海力士计划最早于明年公布使用这种封装方法的研究成果。

具体来说，2.5D扇出封装技术是将两个DRAM水平排列，并将它们组装成类似于普通芯片的结构，由于芯片下方没有基板，因此芯片更薄，安装在IT设备中时厚度大大降低，同时，这种技术绕过了硅通孔（TSV）工艺，提供了更多的输入/输出（I/O）选择，降低了成本。

目前的HBM堆栈被放置在GPU旁边，并与芯片相连，而SK海力士的新目标是完全消除中间层，将HBM4直接放在Nvidia和AMD等公司的GPU上，并首选台积电作为代工厂。

根计划，SK海力士最早于2026年量产第六代HBM（HBM4），此外，海力士还在积极研究 “混合键合”技术，该技术很可能应用于HBM4产品。

三星则是反海力士之道而行，研究起了光子技术在HBM技术中间层的应用，目的是解决与热量和晶体管密度相关的挑战。

三星先进封装团队首席工程师在2023年10月举行的OCP全球峰会上分享了他的见解。他表示，目前业界通过两种主要方法在将光子技术与HBM集成方面取得了重大进展，第一种是在底层封装层与包含GPU和HBM的顶层封装层之间放置光子中间件，作为通信层，但这种方法成本高昂，需要为逻辑芯片和 HBM 安装中间层和光子 I/O。

而第二种方法是将 HBM 内存模块从封装中分离出来，利用光子技术将其直接连接到处理器。与处理复杂的封装问题相比，更有效的方法是将 HBM 存储模块与芯片本身分离，并使用光子技术将其连接到逻辑集成电路。这种方法不仅简化了 HBM 和逻辑集成电路的制造和封装成本，而且无需在电路中进行内部数字到光学转换，只是需要注意散热问题。

三星的一位高管博客文章内表示，公司目标是在2025年推出第六代HBM（HBM4），其中包括了针对高温热特性优化的非导电粘合膜（NCF）组装技术和混合键合（HCB）技术，以赢得快速增长的人工智能芯片领域迫切激烈战争的主导权。

可以看到，两家韩厂在下一代HBM标准上已经展开了一场激烈的争夺战。

与上述两家韩厂相比，美光处于一个明显的弱势地位，美光预计2023年其HBM市场份额约为 5%，位居第三。

为了缩小差距，美光对其下一代产品HBM3E下了很大的赌注，美光首席执行官Sanjay Mehrotra表示：“我们正处于为Nvidia下一代AI加速器提供HBM3E的验证的最后阶段。”其计划于2024年初开始大批量发货HBM3E内存，同时强调其新产品受到了整个行业的极大兴趣，这暗示NVIDIA可能不是唯一最终使用美光HBM3E的客户。

具体规格方面，美光的24GB HBM3E模块基于八个堆叠24Gbit内存芯片，采用该公司的1β (1-beta) 制造工艺制造，其数据速率高达9.2GT/秒，每个堆栈的峰值带宽达到1.2TB/s，比现有最快的HBM3模块提高了44%。

而在未来的布局方面，美光披露了暂名为HBM next的下一代HBM内存，其预计HBM Next将提供36GB和64GB容量，能提供多种配置，例如12-Hi 24Gb堆栈 (36GB) 或16-Hi 32Gb堆栈 (64GB) ，此外每个堆栈的带宽为1.5TB/s–2+TB/s，意味着总数据传输速率超过11.5GT/s/pin。

与三星和SK海力士不同，美光并不打算把HBM和逻辑芯片整合到一个芯片中，在下一代HBM发展上，韩系和美系内存厂商泾渭分明，美光可能会告诉AMD、英特尔和英伟达，大家可以通过HBM-GPU这样的组合芯片获得更快的内存访问速度，但是单独依赖某一家的芯片就意味着更大风险。

美国媒体表示，随着机器学习训练模型的增大和训练时间的延长，通过加快内存访问速度和提高每个GPU内存容量来缩短运行时间的压力也将随之增加，而为了获得锁定HBM-GPU组合芯片设计（尽管具有更好的速度和容量）而放弃标准化DRAM的竞争供应优势，可能不是正确的前进方式。

在HBM4这一尚未确定的标准上，美光似乎想来一场“偷袭”。

毋庸置疑的是，HBM是所有内存厂商的机会，只要AI热潮还未褪去，英伟达的GPU尚在热卖，大家就能继续卖利润颇丰的HBM，就能交出成绩还不错的财报。

两家韩国厂商不仅在市场上开始争夺，彼此都在疯狂扩产，在技术路线上也展开了较量，意图拿到下一代标准的话语权，我们或许会看到今年三星和SK海力士在HBM上更多的动作。

而美光在押宝失败后，再度投入重资在HBM之上，与韩厂相比，靠近英伟达的美光有着自身的优势，考虑到此前的技术积累，它也可能会成为韩厂的最大竞争对手。

但就目前来看，90%以上的HBM产能已经被SK海力士和三星包揽，一场韩国内战，已无法避免。

本文来源：半导体行业观察，原标题《HBM，新混战！》