前言：AI数据中心所需的HBM和大容量eSSD等高附加值尖端内存产品的需求预计明年将持续强劲。
该产品也是三星电子、SK海力士等国内企业主导的市场。在这种形势下，HBM成为了一个重要的突破口，这也是三大巨头加大在这方面投入的原因之一。
主要是因为该技术有望带来尖端的性能和效率数据，这也是提升AI计算能力的关键，围绕这项技术的竞争也开始变得激烈。
作者 | 方文三图片来源 | 网 络
HBM4的量产竞争达到白热化阶段
HBM4，作为高带宽存储器技术的最新进展，预期将进一步扩展这些优势，成为未来科技发展的关键推动力量。
这一前景使得它成为众多半导体制造商争夺的焦点，围绕HBM4的技术竞争正式展开。
诸如三星、SK海力士、美光等存储行业的领军企业纷纷加入竞争，力图在这片新兴领域中占据有利位置，掌握未来半导体存储技术的制高点。
在历史上，HBM的使用主要集中在英伟达等制造商手中。
然而，ZDnet预测，以英伟达为先锋的HBM市场将在来年迎来重大变革。
这是因为全球主要科技公司持续致力于开发自家的AI半导体，并且在尖端HBM技术上的应用日益增加。
业界专家指出，如谷歌、Meta、亚马逊等全球科技巨头对HBM的需求有望显著增长。
举例来说，谷歌在其第六代TPU[Trillium]上集成了HBM3E技术。
AWS计划在其专为AI学习设计的[Trainium2]芯片组中采用HBM3和HBM3E技术。
相较于HBM3E，HBM4的单个堆栈带宽已达到1.6TB/s，显著增强了内存系统的数据吞吐能力，更高效地满足了AI、深度学习、大数据处理以及高性能计算等对内存性能日益增长的需求。
预计在来年，AI数据中心对HBM和eSSD等高端存储产品的需求将持续强劲。
这些产品的市场主要由国内企业如三星电子、SK海力士等主导。
与此同时，传统通用存储产品正面临供应过剩的情况，其价格自今年第四季度起已开始下降。
信息技术需求持续低迷，新兴企业的激进扩张策略正逐渐成为迫在眉睫的危机。在这样的市场背景下，HBM技术成为了关键的发展机遇。
这也是为何行业三大巨头纷纷增加对这一领域的投资,围绕这一技术的竞争也日益加剧。
SK海力士：全球首家向客户供应HBM4样品
在3月19日，SK海力士宣布全球首发了专为AI计算设计的12层HBM4样品，并已向主要客户开始出货，预计将于2025年下半年完成量产准备。
作为第六代HBM产品，该芯片的带宽提升至每秒2TB，相当于同时处理超过400部全高清（FHD）电影的数据量，较HBM3E提升了60%。
预计明年下半年，Vera Rubin NVL144将升级至新一代HBM4内存；
后年下半年，Rubin Ultra NVL576将进行进一步升级，采用加强版HBM4E内存；
而至2028年，Feynman全新架构有望首次搭载HBM5内存。
据台湾媒体报道，SK Hynix 在HBM4测试中的良率达到70%。
有业内人士透露，SK海力士的目标是到2024年底，良率将超过60%，而最近的进展进一步提高了这一数字，改进的速度非常快。
英伟达下一代Blackwell系列的继任者Rubin将搭载HBM4存储器。
随着SK海力士HBM4的加速量产，部分分析师预测该平台可能提前至2025年下半年投入生产，并在2026年下半年正式上市。
SK海力士正式宣布，作为全球首家，已向主要客户供应第六代HBM4样品，此举象征着该公司在激烈的市场竞争中占据了有利位置。
样品的供应表明产品开发工作已步入尾声，制造商将依据客户在认证过程中的反馈，对产品的性能和稳定性进行进一步的优化。
SK海力士表示，凭借其在HBM市场中的技术优势和生产经验，已提前完成了HBM4 12层样品的发货，并已开始与客户进行产品认证流程。
SK海力士利用在前代产品中经过验证的先进MR-MUF工艺，成功实现了HBM 12层产品中最高的36GB容量。
该工艺通过注入液体保护材料来保护芯片间的电路，并在固化后能够有效控制芯片的翘曲现象，提高散热性能，从而最大程度地提升产品的稳定性。
12层HBM4产品具备AI存储器所需的卓越速度和基于12层标准的最高容量，业界将其誉为[技术奇迹]。
该产品每秒能处理超过2TB的数据，相当于在一秒钟内处理400多部全高清电影的数据量，相较于前一代HBM3E产品，速度提升了60%以上。
此外，SK海力士12层HBM4的最新进展标志着该公司与台积电合作后的首个成果。
目前，台积电已能够生产控制HBM4底部数据移动的基模。
自第三代产品HBM2E起，SK海力士便采用先进的MR-MUF工艺，该工艺在实现36GB容量方面发挥了关键作用。
此外，SK海力士已经与台积电联盟，决定在原本计划采用的12nm工艺之外，新增5nm工艺来生产HBM4逻辑芯片。
三星：采用自研4nm及3D封装技术试产
今年1月，据韩国朝鲜日报报导，三星DS部门存储业务部已完成了HBM4内存的逻辑芯片设计。
Foundry业务部方面也已经根据该设计，采用三星自己的4nm试产。
待完成逻辑芯片最终性能验证后，三星将提供HBM4样品验证。
目标是在上半年内完成量产准备认可（PRA）程序，外界推测这可能是未来与英伟达Rubin的发布时间相迎和。
三星预计，4nm晶圆代工工艺将加速HBM4生产，使其在市场竞争中占据优势。
4nm是三星的旗舰晶圆代工制造工艺，其良率超过70%。
三星电子在HBM4的竞争中也展现了其强大的实力和坚定的决心，预计将于2025年开始量产，领先于部分竞争对手。
目前，三星已开始为微软、Meta等科技巨头提供定制化的HBM4内存，并建立了专门的生产线，目前处于试生产阶段，为大规模量产做准备。
三星的HBM4产品在规格上实现了显著的提升，传输速度达到每秒2太字节（TB），比HBM3E提升了66%。
此外，三星还计划采用其代工部门的4纳米工艺，并使用10纳米第6代1c DRAM技术，进一步增强产品性能。
三星还在积极研发3D封装技术，如[SAINT]封装技术，通过垂直堆叠法确保HBM4内存标准的性能和效率得到显著提。
三星电子计划于2025年下半年启动HBM4的量产，并承诺吸取第五代HBM（HBM3E）供货延迟的教训，确保HBM4能够按时供应，以期重新获得市场主导地位。
三星公司目前正在同步进行高带宽存储器第四代（HBM4）的新型封装（NCF）和高密度堆叠（HCB）技术的测试工作。
此举主要源于三星在高带宽存储器第三代增强版（HBM3E）的研发进度上落后于竞争对手（例如，英伟达的8/12层HBM3E认证出现延迟）。
因此公司寄望于通过掌握更先进的技术来重新确立其在高带宽存储器领域的领导地位。
预计在HBM4时代，率先采用高密度堆叠技术的厂商很可能是三星，而非其竞争对手SK海力士。
报道指出，三星HBM3E及其前身HBM系列均采用DRAM制程的基础裸片（Base Die）。
然而，HBM4将采用Logic Base Die替代DRAM Base Die，旨在进一步提升性能与能效。
具体而言，Logic Base Die作为连接AI芯片内部GPU与DRAM的关键组件，位于DRAM下方，主要扮演GPU与内存之间控制器的角色。
根据该结构设计，Logic Base Die与先前的Base Die存在显著差异，它允许客户根据自身需求进行定制设计，以便将客户特定的IP集成其中，从而实现HBM的定制化。
报道强调，三星将利用其晶圆代工部门的4纳米制程技术生产定制化的Logic Base Die，并将采用第6代10纳米级1c制程技术生产的DRAM进行堆叠。
美光：得益于1β工艺技术积累有望能效领先
前段时间，美光任命了台积电前董事长刘德音为董事会成员，以推动其HBM4研发进度并加快市场布局。
美光在HBM第四代产品的研发上取得了显著进展，预计将于2026年启动商业化生产，而HBM4E预计将在2027年至2028年间推出。
该公司的HBM4产品预计将实现高达16层的DRAM芯片堆叠，每层芯片容量可达32GB，并配备2048位宽的接口，相较于前一代产品，在技术性能上实现了显著的提升。
得益于其在1β工艺技术（第五代10nm技术）方面的深厚积累和持续研发，美光科技有望在产品上市时间和能效方面取得领先地位，性能预计将比HBM3E产品提升超过50%。
美光的HBM4将采用其第五代10nm级工艺技术制造的DRAM，并配备具有2048位宽接口和约6.4 GT/s数据传输速率的基础芯片，这将提供每堆栈1.64 TB/s的峰值理论带宽。
美光表示，已经与多个客户开展了合作，时间点与英伟达的Vera Rubin和AMD的Instinct MI400系列GPU发布时间相一致。
同时，也提到了其8-Hi HBM3E设备已开始为英伟达的Blackwell处理器全面供货，而12-Hi HBM3E仍在客户测试阶段。
此外，美光科技宣布将采用台积电作为其[逻辑半导体]供应商，类似于SK海力士所采用的供应商模式。
存储器制造商面临堆叠技术的限制
尽管HBM4在数据传输速率和内存容量方面实现了显著进步，但其发展过程中仍面临一系列挑战，尤其在封装技术的选择上。
业界预计，HBM4将继续采用如Advanced MR-MUF和TC-NCF堆叠架构等先进封装技术。
然而，对于16hi堆栈和HBM4e等新产品，是否采用Hybrid Bonding（混合键合）技术，已成为业界关注和讨论的焦点。
目前，16层以下的堆叠主要依赖于各厂商的技术能力，但当堆叠层数达到20层时，技术上的障碍变得尤为明显。
为此，SK海力士和三星均提出了采用混合键合技术的方案。
SK海力士的MR-MUF技术，融合了具有高热导性能的填充材料与高密度金属凸块。
该公司表示，即将推出的12层HBM4将采用改进版的MR-MUF技术，而到16层时，将探索结合改进版MR-MUF与混合键合技术的可能性。
三星指出，目前采用的热压键合（TCB）技术在16层时将遭遇技术瓶颈，因此计划在16层时同时尝试TCB和混合键合技术，并预计在20层以上完全转向混合键合技术。
该公司已于4月利用其子公司SEMES的混合键合设备成功制作出16层HBM样品。
另一边，英伟达、台积电和SK海力士三家公司共同推进全球HBM技术进步的作用日益凸显，业界将这一合作称为[三角联盟]。
首先，SK集团透露，英伟达的首席执行官请求将HBM4的供应时间提前六个月，此消息一经发布，SK海力士的股价随即大幅上涨；
随后，市场又传出英伟达同意提高台积电3纳米制程技术和CoWoS封装技术价格的消息。
结合SK海力士与台积电在今年四月签署的谅解备忘录，这一[存储制造商+AI行业领导者+晶圆代工厂]的紧密合作，旨在加速HBM4的到来。
结尾：
据市场研究机构TrendForce的数据显示，SK海力士目前的市场份额达到53%，而三星以35%的份额位居第二。
目前两家公司在技术上的竞争仍在持续，预计2025年推出的HBM4将成为决定市场主导权的关键时刻。
HBM4时代将采用基于逻辑制程的基础芯片，客户可以将自己的IP集成到这些芯片中，实现定制化，从而提高HBM的效率。
对于这些逻辑制程的基础芯片，三星和SK海力士都将允许客户自行设计，并可以选择外部的逻辑制程晶圆代工厂进行生产。
在HBM4时代，台积电的地位无疑将更加稳固和强大。
部分资料参考：半导体行业观察：《HBM 4，大战打响！》，橙子不糊涂：《内存竞赛白热化：HBM4的技术、需求和量产时间》，半导体芯闻：《HBM的大赢家》，Global PNG：《HBM4：技术决定胜负》，全球半导体观察：《HBM4[华山论剑]，谁将登顶？》
原文标题 : AI芯天下丨产业丨HBM4大战
