HBM“狂飙”，算力突围
撰文 | 田小梦
编辑 | 李信马
题图 | IC Photo
得益于AI算力的需求，HBM成为香饽饽。
近日据韩国 Chosun Biz报道，NVIDIA已经向SK海力士、美光，交付了700亿至1万亿韩元的预付款。虽然预付款未作具体说明，但业界普遍认为是NVIDIA为保证今年要上市的GPU产品相应所需HBM3E的物量供应。
同样在需求激增的市场环境下，存储三大巨头也在争相推进HBM生产。近期，三星、SK海力士正计划将HBM产量提高至2.5倍，美光则将在今年推出8层堆叠的AI专用HBM3E内存。对于HBM4，这三家企业也是当仁不让，相继确认开发和正式推出的时间。
TrendForce预估，2024年全球HBM的位元供给有望增长105%；HBM市场规模也有望于2024年达89亿美元，同比增长127%；预计至2026年市场规模将达127.4亿美元，对应CAGR约37%。
一、是谁在推动HBM市场？
HBM（High Bandwidth Memory，高频宽存储器）是一种基于3D堆栈工艺的高性能DRAM，通俗来讲，就是先将很多DDR芯片堆叠在一起后，再与GPU封装在一块。正是基于Interposer中介层互联实现了近存计算，以及TSV工艺的堆叠技术，让HBM打破了内存带宽及功耗瓶颈，成为AI训练硬件的首选。
其实HBM应用已有几年的时间，自2014年首款硅通孔HBM产品问世至今，HBM技术已经发展到第五代，其中HBM3E是HBM3的扩展版本，依次类推，HBM4将是第6代产品。从HBM内存的演变来看，最新的HBM3带宽、堆叠高度、容量、I/O速率等较初代均有多倍提升。
图源：Rambus
这也恰恰是AI算力所需要的。
根据OpenAI的数据，自2012年以来，最大规模的AI训练所使用的计算量以每年10倍的速度增长。OpenAI的ChatGPT充分体现了AI训练数据集的增长。2022年11月发布的GPT-3，使用1750亿个参数构建，去年3月发布的GPT-4使用超过1.5万亿个参数。
面对这波AI浪潮， NVIDIA 创始人兼首席执行官黄仁勋曾表示：“大语言模型初创公司、消费互联网公司和全球云服务提供商都已率先行动起来，下一波浪潮蓄势待发。”当然，算力作为人工智能中关键一环，人工智能芯片供应商扮演着重要角色。
NVIDIA2023年的高端AI阵容使用HBM，包括A100/A800和H100/H800等型号。此外，NVIDIA还再进一步完善其产品组合，发布了配备HBM3E内存的H200 GPU以及GH200超级芯片，相关系统预计将于今年第二季度上市。据了解，以GH200超级芯片为例，HBM3E内存比当前HBM3快50%，可提供总计10TB/s的带宽，这使得NVIDIA GH200 Grace Hopper平台能够运行比上一版本大3.5倍的模型，同时凭借快3倍的内存带宽提升性能。
与NVIDIA“神仙打架”的AMD，在去年12月“Advancing AI”活动上，正式发布了AI旗舰GPU加速器AMD Instinct MI300X，更是宣称性能比英伟达的H100高出60%。据了解，MI300X采用HBM3内存，容量最高192GB，比前代MI250X（128 GB）高50%。该内存将提供高达5.3TB/s的带宽和896 GB/s的Infinity Fabric带宽。
同样想分AI一杯羹的，还有英特尔。据外媒报道，英特尔计划2024年发布Gaudi 3，配备最高128GB的HBM3E RAM，大幅提升AI学习和训练性能。
谁能成为NVIDIA的替代者，还需要市场的反馈。
毋庸置疑的是，这场AI竞争需要极高的算力需求，但因产能受限，供不应求成为现状，进而使HBM价格高增，HBM市场规模高速增长。
图源：方正证券
方正证券报告指出，从成本端来看，HBM平均售价至少是DRAM三倍；而此前受ChatGPT的拉动同时受限产能不足，HBM价格一路上涨，与性能最高的DRAM相比，HBM3的价格上涨了五倍。
二、HBM市场三分天下
在NVIDIA、AMD、英特尔三家互搏的同时，存储厂商也没有闲着，生产/扩产成主旋律。
从2013年宣布成功研发HBM1，到2019年开发出世界最快的高带宽存储器HBM2E，再到2021年10月开发出全球首款HBM3 DRAM，再到去年开发出全球最高规格HBM3E，SK海力士一直是HBM行业的领军企业。
值得关注的是，SK海力士2023年第一季度由盈转亏的DRAM仅在两个季度后扭亏为盈。
SK海力士解释道：“因高性能半导体存储器产品为中心的市场需求增加，公司业绩在第一季度低点过后持续改善，特别是面向AI的代表性存储器HBM3、高容量DDR5 DRAM和高性能移动DRAM等主力产品的销售势头良好，与上季度相比营业收入增长24%，营业损失减少38%。”SK海力士表示，将以第四代10纳米级(1a)和第五代10纳米级(1b)DRAM为中心的生产线转换，同时扩大对HBM TSV1技术的投资。
图源：SK海力士财报
据悉，SK海力士已决定在2024年预留约10万亿韩元（约合76亿美元）的设施资本支出聚焦于为高附加值DRAM芯片扩建设施，包括HBM3、DDR5及LPDDR5，以及升级HBM的TSV先进封装技术两方面。SK海力士首席执行官Jeong-ho Park透露，预计到2030年公司HBM出货量将达到每年1亿颗。
此外，SK海力士在公司年度高层改组中，新成立的AI基础设施部门将整合分散在公司内部的高带宽内存（HBM）能力。该部门还将主导新一代HBM芯片等人工智能技术的发展，寻找并开发新市场。不难看出，SK海力士对HBM的高期望。
以TrendForce报告统计数据为参考，2022年SK海力士占据了HBM全球市场规模的50%，三星紧随其后，占比为40%。
二者皆得益于存储市场回暖的影响，从三星电子去年第三季度财报数据来看，出现了复苏的迹象。数据显示，三星电子第三季度存储业务环比增长17%至10.53万亿韩元，存储业务所在的DS部门经营亏损3.75万亿韩元，但较上季度经营亏损4.36万亿韩元有所减少。
图源：三星财报
面向未来存储市场增长的预期，三星电子收购了三星显示（Samsung Display）天安厂区内部分建筑及设备，用于HBM生产。三星电子计划在天安厂建立一条新封装线，用于大规模生产HBM，预计投资7000亿-1万亿韩元。同时，三星正在投入8层、12层HBM3量产，并开始供应8层HBM3E样品。
据悉，之前英伟达的HBM一直由SK海力士独家供应，由于需求极为庞大，三星据称也已通过质量评估，即将加入供应商队列。也有消息称，三星电子计划从今年1月开始向英伟达供应HBM3。
对2023年HBM市场份额，TrendForce预测，SK海力士和三星的HBM份额占比约为46-49%。这一数据也凸显出，SK海力士和三星的势均力敌。
如果说三分HBM市场的“天下”，最后一家企业则是美光(Micron)。美光虽然2022年市场份额仅为10%，但也不甘于落后。美光科技台中四厂正专攻HBM生产，计划将于今年量产第五代HBM3E产品。
就供应链而言，业界预测，这三家公司将为英伟达即将推出的H200和B100所需的HBM3E供应展开激烈竞争。
小结
智能语音、ChatGPT、智能驾驶等智能化应用逐渐渗透到我们的生活中，带来了巨大的存储芯片需求。去年下半年存储芯片市场价格的反弹信号，让行业人士看到“曙光”。
从存储产业链看，SK海力士、三星等大厂采用IDM模式，一手包办了芯片的设计、制造和封测。而国内市场，存储产业链还是比较边缘，主要处于HBM上游设备和材料供应环节。但国内相关HBM概念股也有所受益。有消息称，相关厂商也在积极布局高端存储产品，以求适应市场需求和技术演进。