本文来自微信公众号“全球半导体观察”，【作者】韦思维。
在AI大模型叩响全球智能大门的进程中，HBM（高带宽存储器）凭借强大的数据存储与读取动力骤然崛起，引发了一场惊心动魄的半导体存储技术争霸赛。
近几年，SK海力士一马当先，在HBM产业发展的早期道路上一骑绝尘，引领着行业的发展方向。而今AI、高性能计算等对HBM的需求呈爆发式增长，这片战场上早已涌入了众多实力强劲的选手。三星、美光等老牌存储原厂闻风而动，此外包括最近表现出强烈涉足意向的铠侠等，加入到了这场激烈的HBM擂台竞赛之中...
三大原厂逐鹿，HBM4研发风云激荡
据TrendForce集邦咨询数据显示，目前全球HBM市场的三大巨头——SK海力士、三星和美光，占据着主导地位。
今年，SK海力士、三星、美光在HBM3的技术进步中竞相推出新的产品，同时也加大了对HBM4的研发投入。随着AI、深度学习、大数据等领域对存储带宽和容量的要求不断攀升，明后年即将迎来HBM4的量产，并且这场“内存大战”正在提前预热。
01 美光：HBM4有望2026年量产
近日，在最新的投资者会议上，美光透露了HBM4开发进展顺利，HBM4有望2026年量产，HBM4E也会在2027~2028年亮相。
美光HBM4预计堆叠多达16个DRAM芯片，每个芯片的容量为32GB，并配备2048位宽的接口，性能比上一代HBM3E提高50%以上。据了解，美光HBM4采第五代10nm1b制程，预计用于英伟达Rubin和AMD Instinct MI400系列GPU，相较竞争对手SK海力士和三星都倾向更先进第六代10nm1c制程，市场竞争优势有待考验。
业界认为，这些HBM产品除了更高数据传输速度，HBM4E还采客制化基础芯片，代表产业模式转变。美光总裁兼执行长Sanjay Mehrotra表示，HBM4E将带来存储器业务的模式转变，其因为采用了台积电先进的逻辑代工制程技术，为某些客户客制化逻辑基础芯片，预计将给美光未来业绩带来改善。
关于HBM4E，美光表示，HBM4E开发顺利，已与多客户合作，预期会采不同基础芯片和配置，达成客制化设计的目标。美光HBM4E还能支持Marvell客制化HBM运算架构，以便更客制化各种XPU和HBM解决方案。
此外，HBM需求强劲，美光自己也透露，到2025年，生产线已被预订。
02 SK海力士：HBM4，计划2026年实现量产
作为全球领先的HBM制造商之一，SK海力士于今年4月表示将在2025年开始采用台积电先进制程生产HBM4，并计划于2026年实现量产。
SK海力士HBM4将会开始采用台积电的先进逻辑（Logic）制程，以超细微制程基础裸片（base die）增加更多的功能。同时SK海力士也将在性能和功效等方面，满足客户的客制化（Customized）需求。
据台湾地区媒体报道称，SK海力士还计划将于2025年下半年推出12层HBM4，2026年推出16层HBM4。
03 三星：HBM4，预计2025年量产
据韩媒11月报道，三星电子已着手为微软(MSFT-US)和Meta平台(META-US)，量身打造第六代、客制化高频宽存储器（HBM）HBM4。从HBM4开始，不仅进一步提升储存特性，还会针对客户的要求，客制化多种运算模式，因此称为计算存储器（CIM）。
目前三星正在建立专门的HBM4生产线，目前进入试生产阶段。这一阶段涉及小规模的试验性制造，为后续的大规模生产做准备。三星电子目标是在2025年之前完成HBM4的开发，并投入大量生产，该公司看好HBM4的未来前景。
根据报道，尽管HBM4的具体产品细节尚未公布，但三星在2月份透露了其整体规格。HBM4的传输速度达到每秒2太字节（TB），较HBM3E提升66%；容量从36GB提升至48GB，增加33%。
目前上述大厂布局动态表明，虽然HBM4还处于推测阶段，但从技术发展趋势来看，未来的内存系统将越来越强大、高效，并能够应对更为复杂和要求更高的应用场景。随着AI、HPC和图形计算需求的不断增长，HBM4等下一代内存技术将在未来几年得到更加广泛的应用。
HBM4引领，1.6TB/s带宽新时代？
如今HBM之所以能成为存储领域的“宠儿”，其独特的技术原理功不可没。HBM（High Bandwidth Memory）是一种高带宽、低功耗的存储器，主要应用于高性能计算（HPC）、人工智能（AI）和图形处理（GPU）等领域。
HBM的核心优势在于采用了3D堆叠技术，将多个DRAM芯片垂直堆叠在一起，通过硅通孔（TSV）技术实现芯片间的高速信号传输，大大缩短了数据传输的距离和延迟，从而能够以极高的带宽为处理器提供数据支持。
从诞生之初，HBM技术便踏上了不断迭代升级的征程。HBM1作为最早的版本，带来了128GB/s的带宽，开启了高带宽内存的应用。随后，HBM2、HBM3等相继问世，每一代都在带宽、容量和能效等关键指标上实现了显著突破。
从业界数据来看，HBM4标准支持2048位接口和6.4GT/s的数据传输速率。相比HBM3E，HBM4的单个堆栈带宽已达到1.6TB/s，极大地提升了内存系统的数据吞吐能力，能够更高效地满足人工智能、深度学习、大数据处理和高性能计算等领域对内存性能日益苛刻的需求。
HBM供应商在各代产品中往往会推出不同堆栈层数的产品，如HBM3e世代的8hi及12hi，而HBM4世代则规划了12hi及16hi。各业者已预定于2025年下半年以后陆续投入HBM4 12hi，不过SK hynix选择在HBM3e追加推出16hi产品。据悉，11月，SK hynix（SK海力士）在SK AI Summit 2024活动中透露其正在全力开发HBM3e 16hi产品，每颗HBM芯片容量高达48GB，预计在2025年上半年送样。
TrendForce集邦咨询研究指出，从HBM3e过渡到HBM4世代中，IO数翻倍带动运算频宽提高，此升级造成晶粒尺寸放大，但单颗晶粒容量维持在24Gb。在HBM3e 12hi升级至HBM412hi的过程中，HBM3e 16hi可作为提供低IO数、小晶粒尺寸和大位元容量的选项。
业界认为，当前，HBM3的最大带宽为819GB/s，但随着高性能计算（HPC）、人工智能（AI）和大数据处理的需求不断增加，HBM4有可能将内存带宽提升到1.6TB/s或更高。
HBM4将堪大任，背后先进封装技术引争议？
尽管HBM4在数据传输速率和内存容量上取得了飞跃，但背后仍面临着一系列挑战，特别是在封装技术的选择上。据业界指出，HBM4预计将继续使用先进的封装技术，如Advanced MR-MUF（高级多通道无铅焊料）和TC-NCF堆叠架构。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，成为行业内争论的焦点。
据TrendForce集邦咨询表示，三大原厂已确定将在HBM3e 12hi及HBM4 12hi世代延续使用Advanced MR-MUF及TC-NCF堆叠架构。对于HBM4 16hi和HBM4e 16hi世代，因Hybrid Bonding未较MicroBump具明显优势，尚无法断定哪一种技术能受青睐。若原厂决定采用Hybrid Bonding，主要原因应是为及早经历新堆叠技术的学习曲线，确保后续HBM4e和HBM5顺利量产。
而关于HBM5，据TrendForce集邦咨询研究显示，三大HBM原厂考量堆叠高度限制、IO密度、散热等要求，已确定于HBM5 20hi世代使用Hybrid Bonding(混合键合)先进封装。
根据优势来看，与已广泛使用的MicroBump(微凸块)堆叠技术相比，Hybrid Bonding由于不配置凸块，可容纳较多堆叠层数，也能容纳较厚的晶粒厚度，以改善翘曲问题。使用Hybrid Bonding的芯片传输速度较快，散热效果也较好。
不过，业界认为采用Hybrid Bonding恐将导致HBM的商业模式出现变化。对此，TrendForce集邦咨询表示，使用Wafer to Wafer模式堆叠，须确保HBM base die(基础裸晶)与memory die(内存裸晶)的晶粒尺寸完全一致；而前者的设计是由GPU/ASIC业者主导，因此，同时提供base die及GPU/ASIC foundry(晶圆代工)服务的TSMC(台积电)可能将担负base die与memory die堆叠重任。若循此模式发展，预计将影响HBM业者在base die设计、base die与memory die堆叠，以及整体HBM接单等商业环节的产业地位。
结语
尽管此前市场曾有HBM可能供过于求的担忧，但从长远的发展趋势来看，HBM市场仍然充满着无限的机遇和潜力。根据JEDEC的预测，全球HBM市场将从2022年的23亿美元激增至2026年的230亿美元，复合年增长率达到77%。随着HBM技术逐步进入成熟阶段，其对整个DRAM市场的影响将越来越深远。TrendForce集邦咨询表示，预估2025年HBM将贡献10%的DRAM总位元产出，较2024年增长一倍。由于HBM平均单价高，估计对DRAM产业总产值的贡献度将突破30%。
总的来说，HBM4不仅是下一代内存技术的核心，也是推动AI、HPC以及图形处理等领域发展的关键。在这场HBM4的激烈竞争中，三星、SK海力士、美光等巨头们凭借各自的技术实力、创新策略和市场布局，在技术研发、生产制造、市场拓展等多个维度展开了全方位的较量。未来，当HBM4量产的钟声敲响，究竟谁是否能在这场“华山论剑”中脱颖而出，登顶行业之巅，我们拭目以待。
