为何全球仅有三大存储器厂商能够跻身HBM市场？

来源：半导体产业纵横

进军HBM的五大限制。

在当前人工智能（AI）芯片中，高频宽存储器（HBM）扮演着不可或缺的角色。关于其生产困难点，以及为何迄今只有全球三大存储器厂商有能力进入这一市场，本文进行了一次综合性的分析。

HBM通过采用3D堆叠技术，将多个DRAM（动态随机存取存储器）芯片堆叠在一起，并利用硅穿孔技术（TSV，Through Silicon Via）进行连接，从而实现了高频宽和低功耗的特性。在HBM的应用中，CoWoS（Chip on Wafer on Substrate，晶圆对基板芯片封装）封装技术是其中一个关键的生产手段。

在CoWoS封装中，HBM技术的困难度目前可以归纳为以下几项要点：

1、3D 堆叠及 TSV 技术的挑战

在堆叠精度部分，在 HBM 中，多个 DRAM 芯片需要高度精准的堆叠在一起。这需要极高的制造技术水准，以确保每层芯片的对准精度，以避免电气性能的损失。至于，硅穿孔制造技术上，因为 TSV 技术是将垂直通孔穿透每一层硅片，并在通孔内填充导电材料。这一过程涉及精密的刻蚀和填充技术，稍有不慎就可能导致电气连接问题或热应力问题。

2、热管理

由于 HBM 芯片是 3D 堆叠结构，相较于传统的 2D 芯片，单位体积内的热量密度更高，这会导致芯片内部的热量难以散发，可能引发热失效。因此，CowoS 封装需要设计高效的热管理方案，例如使用先进的散热材料和结构设计，来确保芯片的热稳定性。

3、电源和信号完整性

HBM需要高频宽的数据传输，这对电源分配网络提出了极高的要求。任何电源噪声都可能影响HBM的性能，导致数据传输错误。因此，CoWoS封装技术必须确保稳定的电源供应和有效的噪声抑制。

此外，信号完整性问题也是一大挑战，即高速数据传输对信号完整性提出了考验。CoWoS封装技术需要确保在高频环境下信号传输的完整性。这涉及到阻抗匹配、信号线长度优化以及减少信号干扰等技术手段。

4、封装技术的复杂性

由于CoWoS封装需要将硅片、基板和散热材料等多种材料整合在一起，这就要求各材料的热膨胀系数相互匹配，以避免因热膨胀差异导致的机械应力和芯片损坏。此外，封装可靠性问题也不容忽视。在CoWoS封装中，多层结构和复杂的连接方式都需要确保封装的长期可靠性，这包括抵抗机械冲击、热循环和电迁移等因素的影响。

5、制造成本

当然成本也是影响产品商业化关键的部分，由于 CowoS 封装涉及复杂的制造技术和需要生产所需的高精度设备，其制造成本较传统封装方式高得多。这对量产提出了经济性挑战，需要在高性能和成本之间找到平衡。

整体来说，HBM 在 CowoS 封装中的应用，尽管面临多方面的技术难题，但其所带来的高频宽和低功耗优势，使其在高性能计算和 AI 芯片领域中具有巨大的潜力。随着封装技术的不断进步，这些技术难题有望逐步被克服，进而进一步推动 HBM 技术的普及应用。

近日，Giuni Lee等高盛分析师公布报告预计，全球HBM（高带宽存储芯片）市场规模将在2023-2026年期间以约100%的复合年增长率增长，并在2026年达到300亿美元，较3月份的预测上调30%以上。

高盛指出，全球AI相关投资强劲，有望拉动HBM需求增长，此外，HBM技术正在快速发展，每块AI芯片中使用的HBM容量将会增加，也将对其需求形成提振。高盛还重申了未来几年HBM供不应求的观点。

供应端方面，高盛将SK海力士今年HBM收入预期从此前的75亿美元上调至90亿美元，将三星HBM收入预期从之前的48亿美元上调至52亿美元。

需求端方面，高盛预计英伟达数据中心计算收入将保持持续增长，分别将2024年、2025年、2026年数据中心计算收入增长率此前的112%、31%、8%上调至142%、39%、18%。

此外，台积电管理层预计今年AI收入将增加一倍以上，预计到2028年AI收入复合年增长率达到50%。

HBM技术路线图加快，导致芯片中HBM容量增加。比如，三星和SK海力士陆续宣布将开始量产12层堆叠的HBM3E， 后者将HBM4量产计划从2026年提前到2025年。

先进的HBM3E占比提高意味着市场对高端HBM的需求增加，同时供应紧张也推高了HBM市场的整体价格。根据高盛的调查，HBM3E较HBM3有至少10-20%的溢价。因此，高盛相应上调了HBM市场平均售价预测，预计2024年和2025年平均售价将同比增长(而此前的预测是这两年平均售价将逐渐下降)。

此外，美国主要超大规模云厂商此前表示，尽管AI相关资本支出在2024年已处于较高水平，2025年仍有望继续增加，基于此，高盛预计2024年和2025年AI相关资本支出增长率分别为46%和11%(之前为26%和5%)。

随着云资本支出预期的上调，作为主要应用领域之一，对HBM的需求也将随之增加。基于以上因素，高盛将2024年、2025年、2026年的HBM总可用市场规模预测分别上调了16%、24%和31%，至150亿美元、230亿美元和300亿美元。

*声明：本文系原作者创作。文章内容系其个人观点，我方转载仅为分享与讨论，不代表我方赞成或认同，如有异议，请联系后台。

相关推荐

HBM技术，如何发展？
2025年全球HBM市场将达49.76亿美元，同比暴涨148%
HBM，新混战！
存储，战火重燃
HBM芯片暗战
内存芯片的疯狂或将在2024年重演
存储芯片，拐点将至
韩国存储双雄，再次领先
AI国力战争：GPU是明线，HBM是暗线
存储芯片，苦尽甘来？

网址: 为何全球仅有三大存储器厂商能够跻身HBM市场？ http://www.xishuta.com/newsview120832.html