随着人工智能、大数据和云计算等产业发展，对高性能内存需求不断攀升，HBM相对于传统DRAM，具有高带宽、高容量、低功耗和低延迟等优点，更适合ChatGPT等高性能计算场景，迎来快速成长期。

根据Mordor Intelligence预计，2023年全球HBM市场规模为20.4亿美元，2028年有望达到63.2亿美元，CAGR为25.38%；而TrendForce预计2025年HBM全球市场规模将会突破100亿美元。

四季度存储芯片市场价格经过前期下跌后出现止跌反弹，存储板块也有所上涨，其中HBM板块上涨幅度较存储板块更大，目前板块较10月中下旬低点上涨33.64%，本文来对HBM产业进行一下分析。

资料来源：wind，钛媒体产业研究部

主要应用于高端GPU，AIGC催生产品需求

HBM（High Bandwidth Memory）即高带宽存储，行业标准组织JEDEC（电子工程器件联合委员会）将DRAM分为三类，标准DDR、移动DDR以及图形DDR，其中图形DDR包括GRRD和HBM。

处理器计算能力近年得到大幅增长，但内存性能的提升速度却远远落后，导致内存性能很大程度上限制了处理器性能的发挥，在对数据处理时间大幅延长的同时也大幅提升了能耗，引发“内存墙”的问题。

相比DDR4和DDR5等产品，HBM通过TSV（硅通孔）垂直堆叠多个DRAM，突破了带宽和容量瓶颈，使GPU具有更快并行处理速度，目前主要应用于高端GPU中。

从2014年全球首款HBM产品问世至今，已发展至第四代HBM3，带宽和容量分别从最初128GB/S和1GB提升至819GB/S和24GB，传输速度从1Gbps提高至6.4Gbps。

而SK接下来将要发布的HBM3E与HBM3相比，传输速度将提高25%，由6.4Gbps提高至8Gbps，带宽也提升至1TB/S。

英伟达首款搭载HBM3E的最新一代AI处理器H200预计将于2024年第二季度上市，显存为141GB，带宽为4.8TB/S，与H100相比，容量提升76.25%，带宽提升43.28%。

目前HBM约占整个DRAM市场份额的1.5%，随着AIGC模型对AI服务器需求快速增长，HBM渗透率有望加速提升，根据TrendForce数据，2022年全球AI服务器出货量85.5万台，预计到2026年出货量将达到236.9万台，CAGR为29.02%。

在AIGC模型训练侧，目前AI服务器主要采用中高端GPU，HBM在其中渗透率接近100%；而在推理侧AI服务器GPU目前主要采用中低端，HBM渗透率较低，未来随着AIGC模型逐渐复杂化，中高端GPU占比将会提升，相应的HBM渗透率也将逐步提升。

TSV和ALD为核心工艺，存算一体是未来发展趋势

从结构上看，HBM是用3D堆叠方式集成多片DRAM，DRAM之间通过TSV（Through Silicon Via）进行连通，DRAM下面为DRAM的逻辑控制单元，GPU和DRAM通过Interposer（硅中介层）封装在一起。

TSV可以穿过硅基板实现硅片内部垂直电互联，是目前唯一垂直电互联技术，相比平面互联，TSV可减小互联长度和信号延迟，实现了芯片间的低功耗和高速通信，在HBM封装成本中TSV占比最高，接近30%，是HBM的核心工艺之一。

英伟达A100采用的就是台积电第4代CoWoS（Chip on Wafer on Substrate）封装技术，通过TSV将6个三星HBM2和一颗A100 GPU集成在一个硅中介层上，通过RDL（Redistribution Layer）和TSV实现互连并连接硅中介层凸点。

除TSV外，ALD也是HBM核心工艺之一，ALD（Atomic Layer Deposition）即原子层沉积，是将原子逐层沉积在衬底材料上，通过两种或多种前驱体交替通过衬底表面，发生化学反应逐层沉积在衬底表面成膜。

通过TSV完成深孔制作后，需要进行电化学镀铜实现金属沉积形成导线，由于铜化学性质活泼，需要在电镀前用ALD沉积氮化钨形成扩散阻挡层，以防止铜由于电化学迁移导致物理失效。

此外，在DRAM工艺中，由于传统SiO2栅极电介质受介电性能影响，45nm以下制程芯片会产生隧穿现象从而导致漏电，降低晶体管可靠性，通过ALD沉积High-K Mental Gate（高电介质金属栅极）可大幅降低栅极漏电流，同时降低工作电压。

目前HBM位于GPU的硅中介层上，通过接口与GPU连接，根据SK海力士计划，未来HBM4将会直接堆叠到GPU上，不再需要硅中介层，集成式简化芯片设计的同时降低成本。

GPU逻辑芯片与HBM存储芯片将成为一个整体，通过在存储器中嵌入计算能力，打破存储瓶颈的同时降低延迟和功耗，同时使用存储单元提升算力，进而大幅提升计算效率，是HBM未来发展趋势。

SK海力士和三星主导市场，国内主要集中在上游

HBM市场高度集中，主要由SK海力士和三星主导，根据TrendForce统计，2022年SK海力士和三星HBM市场份额分别占50%和40%，美光占比10%。

由于SK海力士、三星以及美光均采用IDM模式，芯片设计、制造与封测均由自己负责，国内厂商主要涉及产业链上游设备和材料环节。

中微公司为国内TSV设备主要供应商，公司于2010年推出国内首台TSV深孔硅刻蚀设备，目前可提供8英寸和12英寸硅通孔刻蚀设备，刻蚀孔径从低至1微米以下到几百微米。

拓荆科技为国内ALD设备主要供应商，公司PEALD产品主要用于沉积SiO2和SiN等介质薄膜，Thermal-ALD设备已出货至不同客户端进行验证，可沉积Al2O3等金属氧化物薄膜。

兴森科技为国内IC载板龙头，公司2018年成为三星在国内唯一载板供应商，目前公司CSP封装基板产能3.5万平米/月，公司还在珠海和广州投资建设FCBGA封装基板项目。

深科技2015年通过收购沛顿科技进入存储芯片封测领域，目前公司Bumping项目已通过小批量试产，接下来将会陆续释放产能。

雅克科技为国内ALD沉积主要材料前驱体供应商，公司前驱体还供应SK海力士，公司还布局Low-α球形硅粉项目。

飞凯材料业务涉及HBM环氧塑封料封装材料，客户包括国内大型半导体封装OSAT厂商以及分立器件厂商。

资料来源：公司公告，钛媒体产业研究部

（本文首发钛媒体App，作者|钛媒体产业研究部。想获得更多科股深度分析，可订阅科股宝VIP栏目。）