HBM是生(sheng)成式AI潮流(liu)下的必需品。
我(wo)们曾指出(chu)生(sheng)成式AI应用的高算力需求(qiu)需要配套(tao)高存力才能实(shi)现，从而催生(sheng)存储产(chan)品扩容升级需求(qiu)，生(sheng)成式AI已成为(wei)存储市场结构性增长的关键(jian)要素。其(qi)中，我(wo)们着重从海外AI GPU龙头英伟达和三大DRAM厂商(shang)的技术视角和商(shang)业考(kao)量回顾了HBM的发展史，探(tan)讨HBM从“奢侈品”转变为(wei)“必需品”的背后(hou)逻辑、当前的竞争格局以(yi)及未来的行业趋势。
在本篇报(bao)告中，我(wo)们主要分析HBM竞争格局的最(zui)新情况及我(wo)们对未来格局演变的主要观点，目前来看，SK海力士领导(dao)地位暂时(shi)稳固，美光(guang)凭借(jie)制程优(you)势加速追赶，三星在英伟达验证上(shang)相对落后(hou)。另一方面，我(wo)们认为(wei)未来竞争格局演变需关注(1)三星在英伟达的验证进展和管理层变更对其(qi)发展战略和技术路线的影响;(2)下游客(ke)户多元化对竞争格局的影响;(3)HBM4以(yi)后(hou)的技术路线变更带来的影响（混合(he)键(jian)合(he)路线的必要性）等。
SK海力士领导(dao)地位暂时(shi)稳固。根据Trendforce和Financial Times报(bao)道，SK海力士在今年3月开始HBM3e的量产(chan)并保障了英伟达的订单，5月份SK海力士已将HBM3e的生(sheng)产(chan)时(shi)间缩短50%，同时(shi)已达到将近80%的目标良率。考(kao)虑到三星验证问题和美光(guang)产(chan)能规模相对较小，我(wo)们认为(wei)SK海力士很有可能在HBM3e上(shang)继续维持其(qi)在英伟达的供应优(you)势。
后(hou)发者美光(guang)凭借(jie)制程优(you)势迅(xun)速赶超。美光(guang)在今年2月开始量产(chan)HBM3e，并获得了英伟达H200的订单，计划在二季度出(chu)货。相较于两家韩国(guo)厂商(shang)，美光(guang)切入HBM领域的时(shi)间较晚，并选择(ze)跳(tiao)过(guo)HBM3直接进行HBM3e的开发。美光(guang)之所以(yi)能实(shi)现在HBM3e上(shang)的快速赶超，我(wo)们认为(wei)很大程度上(shang)是由于其(qi)在DRAM芯片本身的制程节(jie)点和微缩程度（cell scaling）上(shang)领先。
美光(guang)于 2020 年公(gong)布 1-α制程节(jie)点（第四代10nm级，相当于14nm左右），并于 2021 年开始量产(chan)，之后(hou)于2022 年率先推出(chu)1-β制程（第五代10nm级，相当于12nm左右），相较1-α，该节(jie)点可实(shi)现约15%的能效提(ti)升和35%以(yi)上(shang)的内存bit密度提(ti)升。2023 年三星电子及SK海力士也于其(qi)后(hou)跟进 1-β节(jie)点。此外，根据TechInsights，即使是同一制程节(jie)点，进入1-y制程节(jie)点以(yi)后(hou)美光(guang)的收缩因子（shrink factor）也低于同业（见图表(biao)3），反(fan)映出(chu)美光(guang)在微缩程度上(shang)的领先。
美光(guang)和SK海力士的HBM3E 均采用1-β制程，领先于三星的1-α制程。因此，尽(jin)管采用了和三星同样的封装路线（TC-NCF），美光(guang)的HBM3e产(chan)品相较于同代竞品实(shi)现约30%的功耗降低。我(wo)们认为(wei)由于产(chan)品性能优(you)异，美光(guang)短期(qi)的重点应该放在如何快速扩充产(chan)能上(shang)。根据Trendforce，美光(guang)在2023年年末的HBM月产(chan)能仅0.3万片左右，2024年年末的预测产(chan)能也仅有2万片（见图表(biao)2）。
三星HBM3e或尚未通过(guo)英伟达验证。三星尽(jin)管在去年年底进入了英伟达HBM3供应链并在今年一季度通过(guo)AMD MI300验证，但近期(qi)有业界消息表(biao)示其(qi)HBM3e产(chan)品在4月份未通过(guo)英伟达的验证，主要是由于散热和功耗问题。我(wo)们推测三星在HBM3e上(shang)相对落后(hou)可能与(yu)仍采用1-α节(jie)点制程和TC-NCF封装技术路线的两方面因素均有一定关系。
为(wei)了在全球存储芯片市场持续保持领先地位并在人工(gong)智能芯片领域实(shi)现突破，三星在5月份更换了半导(dao)体业务(wu)负责人，由曾负责过(guo)存储芯片开发业务(wu)和电池业务(wu)的副董事长全永铉（Jun Young-hyun）接替庆桂显（Kyung Kye-hyun），管理层的变动后(hou)下半年三星半导(dao)体部(bu)门内部(bu)可能面临战略转换和组织变更，但是否能够帮助三星重新夺回在HBM领域的领导(dao)权则仍有待观察。
未来竞争格局演进影响因素之一：客(ke)户多元化。随着AI芯片领域的竞争激化，从HBM3到HBM3e到未来的HBM4，HBM的下游客(ke)户群也正在变得更加多元。除了在AI GPU上(shang)与(yu)英伟达展开竞争的AMD和英特尔，谷歌、Meta等大型云服务(wu)厂商(shang)以(yi)及中小初(chu)创公(gong)司也纷纷涌入并自(zi)行研发AI处理专用的ASIC芯片。考(kao)虑到SK海力士和美光(guang)在产(chan)能受限的情况下可能会优(you)先满足英伟达的订单，因此，我(wo)们认为(wei)，尽(jin)管三星可能暂时(shi)未通过(guo)较为(wei)严(yan)苛的英伟达的检证，但仍有望通过(guo)扩展AMD和谷歌等客(ke)户来提(ti)升其(qi)在HBM市场上(shang)的市占率。
未来竞争格局演进影响因素之二：技术路线变更（混合(he)键(jian)合(he)的必要性）。当前来看，进入HBM4之后(hou)很有可能需要采用混合(he)键(jian)合(he)技术。根据三星反(fan)馈，16层以(yi)上(shang)堆叠(die)的HBM必须使用混合(he)键(jian)合(he)技术，而在SK海力士的路线图中也显示其(qi)在HBM4世(shi)代上(shang)可能采用混合(he)键(jian)合(he)技术（见图表(biao)4,5）。当前使用的两大封装工(gong)艺TC-NCF（三星、美光(guang)）和MR-MUF（SK海力士）均使用焊接凸(tu)块进行DRAM芯片之间的键(jian)合(he)，而混合(he)键(jian)合(he)技术将以(yi)Cu-to-Cu（铜(tong)对铜(tong)）键(jian)合(he)代替焊接凸(tu)块，从而进一步缩小堆叠(die)间空隙。16层的HBM4需要将16片DRAM芯片加上(shang)底部(bu)基础芯片封装在775μm的高度里，而当前的封装工(gong)艺由于存在凸(tu)块间隙（bump pitch）和填充间隙（Joint Gap），可能难以(yi)满足这一高度要求(qiu)，而使用混合(he)键(jian)合(he)技术将有效降低封装高度（见图表(biao)6），这是因为(wei)混合(he)键(jian)合(he)能实(shi)现10μm以(yi)下的间隙和gap-less。
如果不(bu)采用混合(he)键(jian)合(he)，只(zhi)能通过(guo)进一步降低DRAM芯片高度或者凸(tu)块间距来实(shi)现高度的降低。但这两种方式都(dou)已经逼近极限，一方面DRAM芯片高度最(zui)低只(zhi)能做到30μm；另一方面凸(tu)块间距也很难进一步缩小，目前最(zui)低做到40μm（包括20-25μm的凸(tu)块尺寸和15μm的凸(tu)块间距），进一步缩小凸(tu)块间距可能会导(dao)致bump short、bump brige等问题。
混合(he)键(jian)合(he)主要包括三种实(shi)现方式：die-to-die (D2D), die-to-wafer (D2W)和wafer-to-wafer (W2W)，其(qi)中HBM制造可能主要使用兼顾设(she)计灵活性和生(sheng)产(chan)效率的D2W方式。从制造流(liu)程来看，混合(he)键(jian)合(he)的主要流(liu)程包括铜(tong)填充和表(biao)面平坦化、表(biao)面激活和键(jian)合(he)准备（通过(guo)等离子体工(gong)艺和冲洗以(yi)形成氢(qing)氧化物）、对准和退火/室(shi)温键(jian)合(he)等（见图表(biao)7）。
混合(he)键(jian)合(he)当前也存在一些(xie)需攻克的课(ke)题，主要涉及污染物/杂质(zhi)控制、晶圆(yuan)表(biao)面的平整度控制、铜(tong)凹陷/电介质(zhi)膜厚度监测和控制、表(biao)面活化和等离子处理、键(jian)合(he)对准精度提(ti)升等。根据三星反(fan)馈，其(qi)在4月已经使用子公(gong)司Semes的设(she)备试生(sheng)产(chan)了16层HBM样品并能够正常运作(zuo)。如果未来三星能够在混合(he)键(jian)合(he)技术上(shang)率先有所突破，或有望帮助其(qi)在HBM4以(yi)后(hou)世(shi)代重新获得市场主导(dao)权。
HBM相关设(she)备厂竞争格局。在光(guang)刻、沉积和刻蚀(shi)等领域，仍以(yi)欧(ou)美厂商(shang)与(yu)日本厂商(shang)为(wei)主，包括较为(wei)重要的TSV环节(jie)用刻蚀(shi)和镶嵌设(she)备仍以(yi)泛(fan)林半导(dao)体为(wei)主导(dao)。在堆叠(die)和封装测试领域，一方面日本厂商(shang)如TOWA、Disco、东京精密和爱德万等凭借(jie)长期(qi)的技术积累仍占据较强优(you)势，另一方面在一些(xie)关键(jian)环节(jie)如热压键(jian)合(he)、回流(liu)等环节(jie)，韩国(guo)本土设(she)备厂如韩美半导(dao)体、韩华精密机械、Semes、PSK等已凭借(jie)本土产(chan)业链优(you)势掌(zhang)握主导(dao)权，同时(shi)这些(xie)公(gong)司也在配合(he)三星和SK海力士积极布局混合(he)键(jian)合(he)技术，以(yi)降低技术路径变化带来的产(chan)品替代风险(xian)。
本文来源：野村东方国(guo)际证券，原文标题：《HBM竞争格局的现状与(yu)隐藏(cang)变量》
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