首頁|必讀|視頻|專訪|運營|制造|監(jiān)管|大數(shù)據(jù)|物聯(lián)網(wǎng)|量子|元宇宙|博客|特約記者
手機|互聯(lián)網(wǎng)|IT|5G|光通信|人工智能|云計算|芯片|報告|智慧城市|移動互聯(lián)網(wǎng)|會展
首頁 >> 頭條資訊 >> 正文

AI算力需求激增背景下HBM市場發(fā)展分析

2024年7月10日 07:17  CCTIME飛象網(wǎng)  作 者:張彥坤 陳敏

作者:中國信息通信研究院數(shù)據(jù)研究中心 張彥坤 中國信息通信研究院技術(shù)與標準研究所 陳敏 

生成式人工智能和大模型技術(shù)的快速發(fā)展,拉開了全球大算力時代的序幕,科技巨頭紛紛重金布局AI算力基建,促使AI處理器需求呈“井噴”態(tài)勢。其中,HBM(高帶寬存儲器)作為核心器件,需求熱度持續(xù)上升。全球HBM市場目前已形成SK海力士、三星電子和美光三足鼎立的態(tài)勢。三大存儲原廠積極布局HBM技術(shù)研發(fā),推動產(chǎn)能擴張計劃,在2024年陸續(xù)推出第五代HBM3E產(chǎn)品?v觀HBM全產(chǎn)業(yè)鏈,我國本土企業(yè)參與者寥寥無幾。因此,我國HBM技術(shù)面臨自主可控與市場競爭雙重壓力,亟待加快步伐,奮起直追。

HBM市場概況

隨著人工智能尤其是生成式人工智能和大模型技術(shù)的快速發(fā)展,全球算力需求迎來爆發(fā)式增長。眾多云計算廠商、大模型廠商紛紛加大AI算力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投資,因此AI處理器需求急速攀升,而作為其中關(guān)鍵器件之一的HBM需求也不斷增長。

HBM屬于圖形DDR(雙倍速率同步動態(tài)隨機存儲器)內(nèi)存的一種,具有高帶寬、高容量、低延時與低功耗等優(yōu)勢。它將多個DDR芯片堆疊在一起,再與GPU封裝合成,通過增加帶寬、擴展內(nèi)存容量組成DDR組合陣列,以實現(xiàn)“讓更大的模型、更多的參數(shù)留在離核心計算更近的地方”,從而減少內(nèi)存和存儲解決方案所帶來的延遲。在AI大模型訓練推理過程中,HBM可加快數(shù)據(jù)處理速度,因此更適用于ChatGPT等高性能計算場景。

從技術(shù)迭代上看,自2014年全球首款硅通孔HBM產(chǎn)品問世以來,已經(jīng)從HBM、HBM2、HBM2E,發(fā)展至第四代HBM3和第五代HBM3E。數(shù)據(jù)顯示,2023年HBM市場主流產(chǎn)品為HBM2E,NVIDIA A100/A800、AMD MI200以及多數(shù)CSPs自研加速芯片皆以此規(guī)格設(shè)計。為順應AI加速器芯片需求演進,存儲器廠商陸續(xù)在2024年推出新產(chǎn)品HBM3E,預計HBM3與HBM3E將成為今年市場主流產(chǎn)品。至于更高規(guī)格的HBM4,集邦咨詢預計其有望于2026年推出。

隨著AI等相關(guān)應用需求的激增,HBM市場規(guī)模也在大幅增長。據(jù)多家咨詢機構(gòu)預測,全球HBM市場將迎來快速發(fā)展期。數(shù)據(jù)顯示,全球HBM營收規(guī)模到2025年將達到49.76億美元,較2023年增長148.2%。預計從2024年到2029年,全球HBM市場規(guī)模將從25.2億美元左右激增至79.5億美元,預測期內(nèi)復合年增長率高達25.86%。未來,全球HBM內(nèi)存市場將繼續(xù)擴大,產(chǎn)能及市場份額也將持續(xù)提升。

三大存儲巨頭競爭格局和技術(shù)路線

目前全球HBM市場高度集中,主要由SK海力士、三星電子和美光三家存儲大廠主導,2022年其在HBM市場的占有率分別為50%、約40%和約10%。數(shù)據(jù)顯示,2023年SK 海力士市場占有率達53%,而三星電子、美光市場占有率分別為38%及9%。

技術(shù)路線及業(yè)績表現(xiàn)

從存儲大廠HBM布局路線來看,SK海力士作為HBM技術(shù)的先行者,早在2014年就與AMD合作開發(fā)了全球首款HBM。隨后SK海力士又陸續(xù)成功研發(fā)出HBM迭代產(chǎn)品,分別在2016年、2019年、2021年以及2023年發(fā)布HBM2、HBM2E、HBM3和HBM3E產(chǎn)品。隨著以ChatGPT為代表的生成式AI的持續(xù)火爆,AI服務器出貨量的增長帶動HBM需求大漲。在HBM和DDR5的支撐下,SK海力士在2023年第四季度率先迎來盈利。SK海力士2024年第一季度財報顯示,DRAM業(yè)務收入占比61%,公司憑借HBM等面向AI的存儲器,營業(yè)利潤環(huán)比實現(xiàn)734%增長。SK海力士表示將繼續(xù)順應AI存儲器需求增長的趨勢,加大于HBM3E產(chǎn)品供應。

三星電子針對HBM技術(shù)的研發(fā)雖晚于SK海力士,但直接從HBM2起步,于2016年推出HBM2產(chǎn)品,2020年2月推出HBM2E產(chǎn)品,2021年2月推出了HBM-PIM(存算一體),實現(xiàn)了內(nèi)存半導體和AI處理器合二為一,其HBM3也于2023年量產(chǎn)。2024年2月底三星電子發(fā)布首款36GB HBM3E 12H DRAM,這是三星電子迄今為止容量最大的HBM產(chǎn)品。目前,三星電子已開始向用戶提供HBM3E 12H樣品,預計于今年下半年大規(guī)模量產(chǎn)。三星電子在今年一季報發(fā)布后還設(shè)定新目標,計劃年底實現(xiàn)HBM芯片產(chǎn)量3倍以上增長。

美光科技于2016年推出首款HBM2方案,隨后選擇跳過第四代HBM3,直接布局第五代HBM3E。2023年9月美光推出HBM3E,并于2024年2月26日宣布批量生產(chǎn)。隨著HBM3E產(chǎn)品開始量產(chǎn)并供貨于NVIDIA H200,美光有望在未來的GPU市場上取得更高占有率。財報顯示,美光2024財年第二財季(截至2月底)已實現(xiàn)DRAM營收42億美元,占總營收的71%。此外,美光2024財年資本支出預計在75億美元至80億美元間,高于去年資本支出和此前規(guī)劃,主要是為了支持HBM3E的產(chǎn)量增長。

產(chǎn)能擴張計劃

隨著NVIDIA、AMD等廠商不斷推出高性能GPU產(chǎn)品,三大存儲原廠也在積極規(guī)劃相對應規(guī)格的HBM量產(chǎn)。SK海力士公司今年4月正式宣布,為應對全球范圍內(nèi)快速增長的AI需求,公司計劃投資19萬億韓元(約1000億元人民幣),擴大包括HBM在內(nèi)的下一代DRAM的產(chǎn)能。SK海力士已通過董事會決議,將位于韓國忠清北道清州市的M15X晶圓廠定為新的DRAM生產(chǎn)基地。SK海力士將投資約5.3萬億韓元用于廠房建設(shè),并于4月底啟動建設(shè)工程。

為擴大HBM產(chǎn)能,三星電子已于2023年底收購Samsung Display(三星顯示)韓國天安廠區(qū)內(nèi)部分建筑及設(shè)備,用于HBM生產(chǎn)。三星電子計劃在天安廠建立一條新封裝線,用于大規(guī)模生產(chǎn)HBM,該公司已花費105億韓元購買以上建筑和設(shè)備等,預計還將追加投資7000億~1萬億韓元。

美光科技已于2023年11月初正式啟用位于中國臺灣的臺中四廠。臺中四廠將整合先進探測與封裝測試功能,量產(chǎn)HBM3E及其他產(chǎn)品,從而滿足人工智能、數(shù)據(jù)中心、邊緣計算及云端各類應用日益增長的需求。該工廠已于2024年初開始大規(guī)模量產(chǎn)HBM3E。

下一步技術(shù)布局

圍繞搭載于NVIDIA下一代AI芯片中的HBM3E,三大存儲廠商展開了激烈競爭。美光、SK海力士和三星電子先后在2023年7月底、8月中旬以及10月初,向NVIDIA提供了8層垂直堆疊的HBM3E(24GB)樣品。其中美光和SK海力士的HBM3E在今年初已通過NVIDIA的驗證,并獲得了訂單;NVIDIA在3月中旬GTC大會上確認三星電子HBM 產(chǎn)品正處于驗證階段。

在角逐HBM3E的同時,三大存儲原廠已開始布局下一代存儲產(chǎn)品HBM4。SK海力士已宣布研發(fā)HBM4,并與臺積電就HBM4研發(fā)和下一代封裝技術(shù)合作簽署諒解備忘錄,計劃從2026年開始批量生產(chǎn)HBM第六代產(chǎn)HBM4。據(jù)悉,SK海力士將采用臺積電的先進邏輯工藝來提高HBM4的性能,針對搭載于HBM封裝內(nèi)最底層的基礎(chǔ)裸片進行優(yōu)化。三星電子自2024年以來已成立兩個全新HBM團隊,并將HBM工作小組轉(zhuǎn)為芯片部門下常設(shè)辦公單位。三星電子HBM團隊計劃于2025年推出HBM4,2026年實現(xiàn)量產(chǎn)。美光作為HBM市場后起之秀也在積極布局HBM4,計劃在2026年至2027年間,推出容量在36GB到48GB、12/16層垂直堆疊的HBM4產(chǎn)品,并于2028年推出帶寬增加至2TB/s以上的HBM4E。

我國廠商參與HBM產(chǎn)業(yè)鏈情況

在“算力”需求催生“存力”的機遇下,我國廠商國產(chǎn)AI處理器水平穩(wěn)步提升,對配套自主HBM供應鏈的需求也越發(fā)迫切?v觀整個HBM產(chǎn)業(yè)鏈,研發(fā)、制造涉及復雜的工藝和技術(shù)難題,包括晶圓級封裝、測試技術(shù)、設(shè)計兼容性等,能入局的國內(nèi)企業(yè)屈指可數(shù)。

目前,我國長電科技、通富微電和盛合晶微等一線封裝廠商擁有支持HBM生產(chǎn)的技術(shù)(如TSV硅通孔)和設(shè)備。在其余供應鏈上,芯片設(shè)計企業(yè)國芯科技已與合作伙伴基于先進工藝開展流片,并與上下游合作廠家積極開展包括HBM技術(shù)在內(nèi)的高端芯片封裝合作。紫光國微的HBM作為特種集成電路產(chǎn)品,目前還處于研發(fā)階段。香農(nóng)芯創(chuàng)作為SK海力士分銷商之一具有HBM代理資質(zhì),未來將根據(jù)下游用戶需求,在原廠供應有保障的前提下提供相應產(chǎn)品銷售服務。上游材料企業(yè)飛凱材料生產(chǎn)的MUF(環(huán)氧塑封料)是HBM存儲芯片制造技術(shù)所需材料之一,其中液體封裝材料LMC已經(jīng)量產(chǎn)并形成少量銷售,顆粒填充封裝料GMC尚處于研發(fā)送樣階段。興森科技的FC-BGA封裝基板可用于HBM存儲的封裝,但目前尚未進入海外HBM龍頭產(chǎn)業(yè)鏈。

由此可見,我國僅有為數(shù)不多的廠商打入全球HBM供應鏈體系,且主要集中在上游材料環(huán)節(jié),HBM產(chǎn)業(yè)鏈仍被海外廠商主導。

我國HBM發(fā)展建議

AI大模型的興起催生了海量算力需求,未來在AI模型逐漸復雜化的趨勢下,服務器的數(shù)據(jù)計算和存儲需求將持續(xù)增長,算力的多寡也將成為制約一個國家AI發(fā)展的重要因素。國產(chǎn)AI算力當前面臨先進制程產(chǎn)能、CoWoS封裝與HBM三大瓶頸,HBM更是國產(chǎn)AI算力的重中之重。

當前HBM技術(shù)主要被美韓廠商把持,國產(chǎn)HBM正處于“0到1”的突破期。在我國高端GPU受限的情況下,無論從自主可控還是市場競爭角度,國產(chǎn)AI處理器的突破迫在眉睫,HBM的同步突圍更需加快布局。建議從國家層面加強頂層設(shè)計,加大關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)力度,協(xié)同產(chǎn)業(yè)鏈上下游共同實現(xiàn)HBM等核心技術(shù)突破,以早日實現(xiàn)高性能AI處理器的國產(chǎn)化。

編 輯:章芳
聲明:刊載本文目的在于傳播更多行業(yè)信息,本站只提供參考并不構(gòu)成任何投資及應用建議。如網(wǎng)站內(nèi)容涉及作品版權(quán)和其它問題,請在30日內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系,我們將在第一時間刪除內(nèi)容。本站聯(lián)系電話為86-010-87765777,郵件后綴為#cctime.com,冒充本站員工以任何其他聯(lián)系方式,進行的“內(nèi)容核實”、“商務聯(lián)系”等行為,均不能代表本站。本站擁有對此聲明的最終解釋權(quán)。
相關(guān)新聞              
 
人物
鄔賀銓:大模型下沉到手機 將激活萬億元規(guī)模手機產(chǎn)業(yè)
精彩專題
CES 2024國際消費電子展
2023年信息通信產(chǎn)業(yè)盤點暨頒獎禮
飛象網(wǎng)2023年手機評選
第24屆中國國際光電博覽會
CCTIME推薦
關(guān)于我們 | 廣告報價 | 聯(lián)系我們 | 隱私聲明 | 本站地圖
CCTIME飛象網(wǎng) CopyRight © 2007-2024 By CCTIME.COM
京ICP備08004280號-1  電信與信息服務業(yè)務經(jīng)營許可證080234號 京公網(wǎng)安備110105000771號
公司名稱: 北京飛象互動文化傳媒有限公司
未經(jīng)書面許可,禁止轉(zhuǎn)載、摘編、復制、鏡像