AI“賣鏟者”：HBM，新混戰！

對於韓國半導體行業來説，去年有一個好消息和一個壞消息。

壞消息是內存和存儲行業進入到了下行週期之中，庫存飆升，價格狂跌，韓國半導體廠商也因此蒙受了一次巨大的損失，近幾個季度的財報裏出現了虧損。

而好消息呢，就是在下行週期中，由於英偉達的 AI 加速卡帶動，HBM 異軍突起，成為了唯一能逆市大幅增長的內存產品，而且韓國廠商佔據了 90% 的份額，一定程度上彌補了傳統內存業務的損失。

為了支持 HBM 的發展，韓國政府最近還將 HBM 確定為了國家戰略技術，將為 HBM 供應商如三星電子和 SK 海力士等提供税收優惠，該決定屬於韓國税法修正案執法法令草案的一部分，相比一般研發活動，國家戰略技術可享有更高的税收減免：中小型企業可獲得最高 40% 至 50% 減免，而大型企業可獲得 30% 至 40% 減免。

2024 年的 HBM 依舊火熱，英偉達的 H100 與 200 依舊是市面上最搶手的 GPU，其對於 HBM 的需求自然也是水漲船高，對於三星和 SK 海力士來説，政策支持加上市場發展，繼續擴產 HBM 似乎已經是板上釘釘之事了。

擴產，再擴產

首先是 HBM 的領頭羊——SK 海力士。

SK 海力士去年第三季度的業績是所有內存廠商裏最亮眼的，而在 1 月 25 日，SK 海力士也發佈了最新的 2023 年第四季度及 2023 年全年財報：

第四季營收同比增長 47% 至 11.3055 萬億韓元，高於分析師預期的 10.4 萬億韓元；毛利潤為 2.23 億韓元，同比大增 9404%，毛利潤率為 20%，為連續第三個季度回升；營業利潤為 3460 億韓元（約合人民幣 18.54 億元），好於分析師預期的虧損 1699.1 億韓元，營業利潤率為 3%；淨虧損為 1.3795 萬億韓元（約合人民幣 73.94 億元），優於分析師預期的虧損 0.41 萬億韓元，但較前一季度虧損大幅縮窄，淨虧損率為 12%。EBITDA（税息折舊及攤銷前利潤）為 3.58 億韓元，同比增長 99%。

SK 海力士在財報中指出，這一業績的實現主要歸功於 SK 海力士在第四季度 AI 存儲芯片 HBM3 和大容量移動 DRAM 等旗艦產品的銷售額大幅增長，分別比上年同期增長了 4 倍和 5 倍以上，AI 服務器和移動應用程序的需求上升，改善了 2023 年最後一個季度的整體內存市場狀況。

HBM 作為財報裏最亮眼的一筆，SK 海力士也在財報中表示，計劃在 2024 年增加資本支出，並將生產重心放在 HBM 等高端存儲產品上，HBM 的產能對比去年將增加一倍以上，此前海力士曾預計，到 2030 年其 HBM 出貨量將達到每年 1 億顆，並決定在 2024 年預留約 10 萬億韓元（約合 76 億美元）的設施資本支出——相較 2023 年 6 萬億-7 萬億韓元的預計設施投資，增幅高達 43%-67%。

擴產的重點是新建和擴建工廠，去年 6 月有韓媒報道稱，SK 海力士正在準備投資後段工藝設備，將擴建封裝 HBM3 的利川工廠，預計到今年年末，該廠後段工藝設備規模將增加近一倍。

此外，SK 海力士還將在美國印第安納州建造一座最先進的製造工廠，據兩位接受英國《金融時報》採訪的消息人士透露，這家韓國芯片製造商將在這家工廠生產 HBM 堆棧，這些堆棧將用於台積電生產的 Nvidia GPU，SK 集團董事長表示，該工廠預計耗資 220 億美元。

對比之下，三星在 HBM 上就顯得有些被動了，三星電子從去年第四季度開始擴大第四代 HBM 即 HBM3 的供應，目前正進入一個過渡期。

1 月 31 日，在第四季度及年度財報電話會議上，三星電子表示預計存儲器業務將在今年第一季度恢復正常，三星電子內存業務部門副總裁 Kim Jae-joon 表示：“我們計劃積極應對與生成式 AI 相關的 HBM 服務器和 SSD 需求，重點關注提高盈利能力，預計內存業務將在今年第一季度恢復盈利。”

內存業務恢復盈利的關鍵在於 HBM、服務器內存等高價值產品。值得注意的是，三星去年第四季度 HBM 銷售額同比增長 3.5 倍，三星電子計劃集中其整個半導體部門（包括代工廠和系統 LSI 業務部門）的能力，提供定製 HBM 以滿足客户需求。

三星的代表評論道：“HBM 位銷售額每個季度都在打破記錄。去年第四季度，銷售額環比增長超過 40%，同比增長超過 3.5 倍。特別是在第四季度，我們鎖定了主要 GPU 製造商作為我們的客户。” 該代表進一步預測，“我們已經向客户提供了下一代 HBM3E 的 8 層堆疊樣品，並計劃在今年上半年開始量產。到下半年，其佔比預計將達到 90% 左右。”

負責三星美國半導體業務的執行副總裁 Han Jin-man 則在今年 1 月表示，公司對包括 HBM 系列在內的大容量存儲芯片寄予厚望，希望它能引領快速增長的人工智能芯片領域，“我們今年的 HBM 芯片產量將是去年的 2.5 倍，” 他在 CES 2024 的媒體見面會上對記者説，“我們今年的 HBM 芯片產量將比去年提高 2.5 倍，明年還將繼續提高 2 倍。”

三星官方還透露，公司計劃在今年第四季度之前，將 HBM 的最高產量提高到每月 15 萬至 17 萬件，以此來爭奪 2024 年的 HBM 市場。此前三星電子斥資 105 億韓元收購了三星顯示位於韓國天安市的工廠和設備，以擴大 HBM 產能，同時還計劃投資 7000 億至 1 萬億韓元新建封裝線。

HBM4 爭奪戰

除了擴產外，它們也在為了下一代 HBM 標準而勾心鬥角。

HBM3e 在去年年底就提供了樣品，預計將於今年第一季度完成驗證和量產，而大家更為關注的顯然是 HBM4，其堆棧會從現有的 12 層增加到 16 層，可能會採用 2048 位內存堆棧連接接口，但目前 HBM4 標準沒有最終確定，兩家韓國廠商對此提出了各自不同的路線。

據 Business Korea 報道，SK 海力士正準備為下一代 HBM 技術採用 “2.5D 扇出” 封裝。此舉旨在提高性能，降低封裝成本。這種技術以前未在內存行業使用，但在先進的半導體制造行業很常見，被認為有可能 "徹底改變半導體和代工行業"，SK 海力士計劃最早於明年公佈使用這種封裝方法的研究成果。

具體來説，2.5D 扇出封裝技術是將兩個 DRAM 水平排列，並將它們組裝成類似於普通芯片的結構，由於芯片下方沒有基板，因此芯片更薄，安裝在 IT 設備中時厚度大大降低，同時，這種技術繞過了硅通孔（TSV）工藝，提供了更多的輸入/輸出（I/O）選擇，降低了成本。

目前的 HBM 堆棧被放置在 GPU 旁邊，並與芯片相連，而 SK 海力士的新目標是完全消除中間層，將 HBM4 直接放在 Nvidia 和 AMD 等公司的 GPU 上，並首選台積電作為代工廠。

根計劃，SK 海力士最早於 2026 年量產第六代 HBM（HBM4），此外，海力士還在積極研究 “混合鍵合” 技術，該技術很可能應用於 HBM4 產品。

三星則是反海力士之道而行，研究起了光子技術在 HBM 技術中間層的應用，目的是解決與熱量和晶體管密度相關的挑戰。

三星先進封裝團隊首席工程師在 2023 年 10 月舉行的 OCP 全球峯會上分享了他的見解。他表示，目前業界通過兩種主要方法在將光子技術與 HBM 集成方面取得了重大進展，第一種是在底層封裝層與包含 GPU 和 HBM 的頂層封裝層之間放置光子中間件，作為通信層，但這種方法成本高昂，需要為邏輯芯片和 HBM 安裝中間層和光子 I/O。

而第二種方法是將 HBM 內存模塊從封裝中分離出來，利用光子技術將其直接連接到處理器。與處理複雜的封裝問題相比，更有效的方法是將 HBM 存儲模塊與芯片本身分離，並使用光子技術將其連接到邏輯集成電路。這種方法不僅簡化了 HBM 和邏輯集成電路的製造和封裝成本，而且無需在電路中進行內部數字到光學轉換，只是需要注意散熱問題。

三星的一位高管博客文章內表示，公司目標是在 2025 年推出第六代 HBM（HBM4），其中包括了針對高温熱特性優化的非導電粘合膜（NCF）組裝技術和混合鍵合（HCB）技術，以贏得快速增長的人工智能芯片領域迫切激烈戰爭的主導權。

可以看到，兩家韓廠在下一代 HBM 標準上已經展開了一場激烈的爭奪戰。

美光，偷襲？

與上述兩家韓廠相比，美光處於一個明顯的弱勢地位，美光預計 2023 年其 HBM 市場份額約為 5%，位居第三。

為了縮小差距，美光對其下一代產品 HBM3E 下了很大的賭注，美光首席執行官 Sanjay Mehrotra 表示：“我們正處於為 Nvidia 下一代 AI 加速器提供 HBM3E 的驗證的最後階段。” 其計劃於 2024 年初開始大批量發貨 HBM3E 內存，同時強調其新產品受到了整個行業的極大興趣，這暗示NVIDIA 可能不是唯一最終使用美光 HBM3E 的客户。

具體規格方面，美光的 24GB HBM3E 模塊基於八個堆疊 24Gbit 內存芯片，採用該公司的 1β (1-beta) 製造工藝製造，其數據速率高達 9.2GT/秒，每個堆棧的峯值帶寬達到 1.2TB/s，比現有最快的 HBM3 模塊提高了 44%。

而在未來的佈局方面，美光披露了暫名為 HBM next 的下一代 HBM 內存，其預計 HBM Next 將提供 36GB 和 64GB 容量，能提供多種配置，例如 12-Hi 24Gb 堆棧 (36GB) 或 16-Hi 32Gb 堆棧 (64GB) ，此外每個堆棧的帶寬為 1.5TB/s–2+TB/s，意味着總數據傳輸速率超過 11.5GT/s/pin。

與三星和 SK 海力士不同，美光並不打算把 HBM 和邏輯芯片整合到一個芯片中，在下一代 HBM 發展上，韓系和美系內存廠商涇渭分明，美光可能會告訴 AMD、英特爾和英偉達，大家可以通過 HBM-GPU 這樣的組合芯片獲得更快的內存訪問速度，但是單獨依賴某一家的芯片就意味着更大風險。

美國媒體表示，隨着機器學習訓練模型的增大和訓練時間的延長，通過加快內存訪問速度和提高每個 GPU 內存容量來縮短運行時間的壓力也將隨之增加，而為了獲得鎖定 HBM-GPU 組合芯片設計（儘管具有更好的速度和容量）而放棄標準化 DRAM 的競爭供應優勢，可能不是正確的前進方式。

在 HBM 4 這一尚未確定的標準上，美光似乎想來一場 “偷襲”。

寫在最後

毋庸置疑的是，HBM 是所有內存廠商的機會，只要 AI 熱潮還未褪去，英偉達的 GPU 尚在熱賣，大家就能繼續賣利潤頗豐的 HBM，就能交出成績還不錯的財報。

兩家韓國廠商不僅在市場上開始爭奪，彼此都在瘋狂擴產，在技術路線上也展開了較量，意圖拿到下一代標準的話語權，我們或許會看到今年三星和 SK 海力士在 HBM 上更多的動作。

而美光在押寶失敗後，再度投入重資在 HBM 之上，與韓廠相比，靠近英偉達的美光有着自身的優勢，考慮到此前的技術積累，它也可能會成為韓廠的最大競爭對手。

但就目前來看，90% 以上的 HBM 產能已經被 SK 海力士和三星包攬，一場韓國內戰，已無法避免。

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