HBM行業(yè)研究報告：AI硬件核心，需求爆發(fā)增長.pdf

HBM行業(yè)研究報告：AI硬件核心，需求爆發(fā)增長。AI 硬件核心是算力和存力，HBM 高帶寬、低功耗優(yōu)勢顯著，是算力性能發(fā)揮的關(guān) 鍵。AI 芯片需要處理大量并行數(shù)據(jù)，要求高算力和大帶寬，算力越強、每秒處理數(shù) 據(jù)的速度越快，而帶寬越大、每秒可訪問的數(shù)據(jù)越多，算力強弱主要由 AI 芯片決定， 帶寬由存儲器決定，存力是限制 AI 芯片性能的瓶頸之一。AI 芯片需要高帶寬、低能 耗，同時在不占用面積的情況下可以擴展容量的存儲器。HBM 是 GDDR 的一種， 定位在處理器片上緩存和傳統(tǒng) DRAM 之間，兼顧帶寬和容量，較其他存儲器有高帶 寬、低功耗、面積小的三大特點，契合 AI 芯片需求。HBM 不斷迭代，從 HBM1 目 前最新到 HBM3E，迭代方向是提高容量和帶寬，容量可以通過堆疊層數(shù)或增加單層 容量獲得提升，帶寬提升主要是通過提升 I/O 速度。

HBM 市場爆發(fā)式增長，海力士和三星壟斷市場。目前主流 AI 訓(xùn)練芯片均使用 HB M，一顆 GPU 配多顆 HBM，如英偉達(dá) 1 顆 H100 使用 5 顆 HBM3、容量 80GB，2 3 年底發(fā)布的 H200 使用 6 顆 HBM3E（全球首顆使用 HBM3E 的 GPU）、容量達(dá) 1 44GB，3 月 18 日，英偉達(dá)在美國加州圣何塞召開了 GTC2024 大會發(fā)布的 B100 和 B200 使用 192GB（8 個 24GB 8 層 HBM3E），英偉達(dá) GPU HBM 用量提升，另外 AMD 的 MI300 系列、谷歌的 TPU 系列均使用 HBM。根據(jù)我們的測算，預(yù)計 24 年 HBM 市場需求達(dá) 150 億美金，較 23 年翻倍。HBM 的供應(yīng)由三星、海力士和美光三 大原廠壟斷，22 年海力士/三星/美光份額 50%/40%/10%，海力士是 HBM 先驅(qū)，H BM3 全球領(lǐng)先，與英偉達(dá)強綁定、是英偉達(dá)主要 HBM 供應(yīng)商，三星緊隨其后，美 光因技術(shù)路線判斷失誤份額較低，目前追趕中，HBM3E 進(jìn)度直逼海力士。目前 HB M 供不應(yīng)求，三大原廠已開啟軍備競賽，三大原廠一方面擴產(chǎn)滿足市場需求、搶占 份額，海力士和三星 24 年 HBM 產(chǎn)能均提升 2 倍+，另外三大原廠加速推進(jìn)下一代 產(chǎn)品 HBM3E 量產(chǎn)以獲先發(fā)優(yōu)勢，海力士 3 月宣布已開始量產(chǎn) 8 層 HBM3E，3 月底 開始發(fā)貨，美光跳過 HBM3 直接做 HBM3E，2 月底宣布量產(chǎn) 8 層 HBM3E，三星 2 月底發(fā)布 12 層 HBM3E。

先進(jìn)封裝大放異彩，設(shè)備和材料新增量。HBM 采用 3D 堆疊結(jié)構(gòu)，多片 HBM DRA M Die 堆疊在 Logic Die 上，Die 之間通過 TSV 和凸點互連，先進(jìn)封裝技術(shù) TSV、 凸點制造、堆疊鍵合是 HBM 制備的關(guān)鍵，存儲原廠采用不同的堆疊鍵合方式，海力 士采用 MR-MUF 工藝，三星和美光采用 TCB 工藝，MR-MUF 工藝較 TCB 工藝效 率更高、散熱效果更好。HBM 對先進(jìn)封裝材料的需求帶動主要體現(xiàn)在 TSV、凸點制 造和堆疊鍵合/底填工藝上，帶來對環(huán)氧塑封料、硅微粉、電鍍液和前驅(qū)體用量等的 提升，在設(shè)備端 HBM 帶來熱壓鍵合機、大規(guī)模回流焊機和混合鍵合機等需求。