AI催化HBM需求爆发,核心工艺变化带来供给端增量
2024-02-02 01:01 浏览:13
HBM即高带宽存储器，应用场景集中在服务器GPU显存 HBM（HighBandwidthMemory）即高带宽存储器，用于GPU与CPU之间的高速数据传输，主要应用场景集中在数 据中心高性能服务器的GPU显存，小部分应用于CPU内存芯片。HBM同样为3D结构，由多层DRAMdie垂直堆叠，每 层die通过TSV（Through Silicon Via）穿透硅通孔+μbumps技术实现与逻辑die连接，再通过中阶层与 GPU/CPU/SoC连接，使得4层、8层、12层等数量die封装于小体积空间中。目前主流显卡使用的显存为GDDR5，但在应用中仍存在痛点：1）消耗大量PCB面积：GPU核心周围分布12/16颗 GDDR5芯片，而GDDR芯片尺寸无法继续缩小，占据更大空间，同时也需要更大的电压调节模块，2）GDDR5的功 耗提升达到了对GPU性能提升产生负面影响的拐点：由于平台和设备需要在逻辑芯片与DRAM之间的实现功耗平 衡，而当前GDDR进入功能/性能曲线的低效区，不断增长的内存功耗在未来会阻碍GPU性能提升。需求端：HBM广泛应用于AI服务器，市场主流服务器匀已采用HBM方案HBM因其高带宽、低功耗、小体积等特性，广泛应用于AI服务器场景中。HBM的应用主要集中在高性能服务器 ，最早落地于2016年的NVP100GPU（HBM2）中，后于2017年应用在V100（HBM2）、于2020年应用在A100（HBM2 ）、于2022年应用在H100（HBM2e/HBM3），最新一代HBM3e搭载于英伟达2023年发布的H200，为服务器提供更 快速度及更高容量。需求端： AI服务器出货量增长催化HBM需求爆发，市场规模高速增长 AI服务器出货量增长催化HBM需求爆发，经测算，HBM 2025年市场规模将超过150亿美元，增速超50%。全球服 务器增虽长较为稳健，但随着大数据模型训练需求AI服务器出货量呈爆发式增长，2022年AI服务器出货量86万 台，渗透率不断提升，AI服务器在整体服务器占比10%左右，预计2026年AI服务器出货量将超过200万台，预计 年复合增速29%。同时，主流AI服务器HBM容量需求从40GB向80GB、141GB升级，带动平均HBM容量提升。我们测 算，2025年HBM全球市场规模将达到150亿美元，同比增速68%。 HBM供给厂商主要聚集在SK海力士、三星、美光三大厂，SK海力士领跑。三大存储原厂主要承担DRAMDie的生 产及堆叠，展开技术升级竞赛，其中SK海力士与AMD合作发布全球首款HBM，23年率先供应新一代HBM3E，先发 奠定市场地位，主要供应英伟达，三星供应其他云端厂商，根据TrendForce数据，2022年SK海力士市占率50% 、三星市占率40%、美光市占率10%左右，2023年SK海力士市占率预计为53%，三星市占率38%、美光市占率9%。 供给端：存储原厂加码HBM产能投放，预计24年提升2.5倍
存储原厂加码HBM产能，SK海力士24年产能计划翻倍。SK海力士HBM3E将于24年上半年量产，目标24年HBM产能 翻倍，24年资本支出规划虽与23年基本持平，但TSV相关投资将同比增加一倍以上。美光HBM3E将于24年初开始 量产，预计24年资本支出75-80亿美元，同比略高，主要用于HBM量产。三星规划在天安厂新封装线，用于大规 模生产HBM，预计追加投资7亿美元。
HBM在封装工艺上的变化主要在CoWoS和TSV。1）CoWoS：是将DRAMDie一同放在硅中介层上，通过过 ChiponWafer（CoW）的封装制程连接至底层基板上，即将芯片通过ChiponWafer（CoW）的封装制程连接至硅晶 圆，再把CoW芯片与基板连接，整合成CoWoS。当前，HBM与GPU集成的主流解决方案为台积电的CoWoS，通过缩 短互连长度实现更高速的数据传输，已广泛应用于A100、GH200等算力芯片中。
HBM在封装工艺上的变化主要在CoWoS和TSV。2）TSV：TSV硅通孔是实现容量和带宽扩展的核心，通过在整个 硅晶圆厚度上打孔，在芯片正面和背面之间形成数千个垂直互连。在HBM中多层DRAMdie堆叠，通过硅通孔和焊 接凸点连接，且只有最底部的die能向外连接到存储控制器，其余管芯则通过内部TSV实现互连。
通富微电：公司具备国内顶级2.5D/3D封装平台及超大尺寸FCBGA研发平台，并且完成高层数再布线技术开发， 为客户提供晶圆级和基板级Chiplet封测解决方案，已量产多层堆叠NAND Flash及LPDDR封装，是国内首家完成 基于TSV技术的3DS DRAM封装开发的封测厂。公司通过收购AMD苏州及AMD槟城各85%股权，实现与大客户AMD深 度绑定，AMD于2023年推出MI300，并于23Q4陆续降幅，预计24年将迎来大幅放量，公司将充分受益。 长电科技：公司与客户共同开发基于高密度Fanout封装技术的2.5DfcBGA产品，TSV异质键合3DSoC的fcBGA通过 认证。公司的封测服务覆盖DRAM、Flash等，深耕行业20余年，在16层NANDflash堆叠、35um超薄芯片制程能力 、Hybrid异型堆叠等方面行业领先。公司XDFOI技术平台布局AI、5G、汽车、工业等领域运用，XDFOI Chiplet 量产。 太极实业：公司子公司海太半导体与SK海力士签订5年合作协议，SK海力士持有海太半导体45%股权，海太与SK 海力士形成深度绑定，海太为SK海力士提供DRAM封装服务。SK海力士23年占据HBM市场约50%份额，伴随24年 HBM出货量爆发，公司有望承接溢出封测需求。 • 深科技：公司通过收购沛顿科技切入存储封测，沛顿科技专注高端封测，具备DDR5、LPDDR5封测量产能力。沛 顿Bumping项目已通过小批量试产，聚焦FC倒装工艺、POPt堆叠封装技术的研发、16层超薄芯片堆叠技术的优 化。
赛腾股份：公司通过收购全球领先的晶圆检测设备供应商日本OPTIMA进军晶圆检测装备领域，公司产品涉及固 晶设备、分选设备，晶圆包装机、晶圆缺陷检测机、倒角粗糙度量测、晶圆字符检测机、晶圆激光打标机、晶 圆激光开槽机等，通过OPTIMA切入三星、 SK siltron、sumco等大客户供应链，三星加码24年资本开支，计划 24年HBM产线扩产至23年的一倍以上，量测设备需求增加，公司有望受益。 中微公司：公司为国内刻蚀设备龙头，其中ICP刻蚀设备在DRAM、3D NAND多个客户的生产线量产，伴随Nanova VE HP和Nanova LUX推出，ICP刻蚀设备的验证工艺范围持续扩展，在先进逻辑芯片、先进DRAM和3D NAND的ICP 验证刻蚀工艺覆盖率有望扩展到50%-70%不等。公司8英寸、12英寸的Primo TSV 200E、Primo TSV 300E在晶圆 级先进封装、2.5D封装和微机电系统芯片生产线等订单充沛，在12英寸的3D芯片的硅通孔刻蚀工艺上得到成功 验证。 拓荆科技：公司在半导体薄膜设备领域深耕十余年，ALD量产规模逐步扩大，随着存储芯片主流制造工艺已由 2D NAND发展为3D NAND结构，结构的复杂化导致对于薄膜沉积设备的需求量逐步增加，同时3D NAND FLASH芯 片的堆叠层数不断增高，从32/64层逐步向更多层及更先进工艺发展，对于薄膜沉积设备的需求提升的趋势亦 将延续
雅克科技：公司于2016年通过收购控股UP Chemical，正式切入前驱体行业，UP Chemical自04年成为SK海力士 前驱体核心供应商，形成多年深度绑定。SK海力士HBM占据50%市场份额，并且于22Q3起向英伟达独供HBM3。公 司产品覆盖硅类前驱体、High-K 前驱体、金属前驱体，伴随HBM需求量增加，SK海力士出货量提升，公司将充 分受益。联瑞新材：公司深耕无机填料和颗粒载体行业近40年，为国内硅微粉龙头。公司持续聚焦高端芯片AI、5G、 HPC封装，异构集成先进封装Chiplet、HBM，以及新一代高频高速覆铜板，推出多种规格低CUT点Low微米/亚微 米球形硅微粉，低CUT点Lowα微米/亚微米球形氧化铝粉，高频高速覆铜板用低损耗/超低损耗球形硅微粉，新 能源电池用高导热微米/亚微米球形氧化铝粉。壹石通：公司布局记忆体封装用Low-α高纯石英及Low-α高纯氧化铝制备技术、Low-α粉体制备技术、球形化 生产工艺等核心技术，已具备Low-α射线球形氧化铝的产业化能力。公司规划新建的年产200吨高端芯片封装 用Low-α球形氧化铝项目，有望在2023年下半年实现部分投产，目前日韩客户已陆续送样验证，客户初步反馈 良好。Low-α球形氧化铝粉体在EMC或GMC中的体积填充率大约在80%-90%，有望受益HBM出货量增加。华海诚科：公司为国内环氧塑封材料龙头，在先进封装领域，公司已成功研发了应用于QFN/BGA、FC、SiP、 FOWLP/FOPLP 等封装形式的封装材料。GMC颗粒状环氧塑封料可以用于HBM的封装，公司相关产品已通过客户验 证，现处于送样阶段，有望受益国产材料替代。
此为报告精编节选，报告原文：
《信息技术-算力系列报告（一）：AI服务器催化HBM需求爆发，核心工艺变化带来供给端增量-太平洋[张世杰,李珏晗]-20240125【26页】》请点击下方「阅读原文」跳转【价值目录】电脑站点下载阅读。
