本文來自數(shù)字經(jīng)濟(jì)觀察網(wǎng)。
隨著高性能計(jì)算、人工智能和數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域的快速發(fā)展，對存儲(chǔ)器的要求日益提高。HBM(高帶寬存儲(chǔ)器)作為一種基于3D堆疊工藝的高性能DRAM，憑借其獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢，在眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。
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HBM概述和技術(shù)優(yōu)勢
HBM是易失性存儲(chǔ)器的一種，作用類似于數(shù)據(jù)的“中轉(zhuǎn)站”，就是將使用的每一幀，每一幅圖像等圖像數(shù)據(jù)保存到幀緩存區(qū)中，等待GPU 調(diào)用。HBM技術(shù)的核心優(yōu)勢在于其3D堆疊結(jié)構(gòu)，這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)不僅實(shí)現(xiàn)了高密度存儲(chǔ)，還帶來了三大顯著優(yōu)勢：
高帶寬性能：HBM通過增加存儲(chǔ)堆棧的數(shù)量和位寬，以及提升數(shù)據(jù)傳輸速率，實(shí)現(xiàn)了超高的帶寬。例如，第三代HBM(HBM3)可以支持八個(gè)存儲(chǔ)堆棧，每個(gè)堆棧有2048位的接口，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)9.6Gbps(吉比特每秒)，從而實(shí)現(xiàn)1.2TB/s(太字節(jié)每秒)的總帶寬。相比之下，傳統(tǒng)的DDR4內(nèi)存最多只能支持64GB/s(吉字節(jié)每秒)的總帶寬，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于HBM。
低延遲響應(yīng)：HBM的低延遲特性使其能夠迅速響應(yīng)數(shù)據(jù)處理需求，適用于對時(shí)間敏感的高性能計(jì)算任務(wù)。這一優(yōu)勢在人工智能領(lǐng)域尤為重要，因?yàn)樯窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練和推理需要快速、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)訪問。
低功耗設(shè)計(jì)：HBM通過降低工作電壓，以及減少信號(hào)線的數(shù)量和長度，實(shí)現(xiàn)了低功耗。例如，HBM3的工作電壓可以降低到0.7伏特，并且只需要約5000根信號(hào)線，從而顯著降低了功耗。相比之下，DDR4內(nèi)存需要1.2伏特的工作電壓，并且需要約20000根信號(hào)線，功耗較高。
行業(yè)發(fā)展與市場現(xiàn)狀
近年來，全球HBM市場規(guī)模呈現(xiàn)快速增長態(tài)勢，主要受到高性能計(jì)算、人工智能、數(shù)據(jù)中心和圖形處理需求激增的推動(dòng)。隨著5G、云計(jì)算和自動(dòng)駕駛等新興技術(shù)的發(fā)展，對高效數(shù)據(jù)處理的需求不斷提升，進(jìn)一步推動(dòng)了HBM的市場擴(kuò)展。
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HBM行業(yè)的技術(shù)門檻極高，導(dǎo)致市場高度集中。目前，全球僅有三家HBM供應(yīng)商，分別為韓國SK海力士、韓國三星電子和美國美光。其中，SK海力士憑借先發(fā)優(yōu)勢和領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢，在全球HBM領(lǐng)域占據(jù)絕對領(lǐng)先地位。2023年SK海力士市占率達(dá)到53%，三星電子市占率為38%，美光市占率為9%。
在高技術(shù)壁壘、國外技術(shù)封鎖等因素下，我國在芯片領(lǐng)域一直處于被動(dòng)地位，HBM作為高端顯存芯片，研發(fā)難度更大，技術(shù)壁壘更高。在國內(nèi)，已有部分企業(yè)通過自主研發(fā)、收購等方式布局產(chǎn)業(yè)鏈上游核心環(huán)節(jié)，并取得了實(shí)質(zhì)性突破。這些企業(yè)在半導(dǎo)體封測和設(shè)備制造領(lǐng)域的表現(xiàn)尤為突出，且為我國HBM行業(yè)的未來發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。這些突破性的進(jìn)展標(biāo)志著我國在高端芯片制造領(lǐng)域正逐步實(shí)現(xiàn)自主可控，為國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的獨(dú)立發(fā)展和國際競爭力的提升提供了有力支撐。
發(fā)展趨勢與預(yù)測
我們可以預(yù)見的是，HBM技術(shù)無疑將繼續(xù)在提升帶寬和容量方面取得突破。隨著HBM3E的問世，我們可以期待后續(xù)的HBM4和HBM5版本將帶來更為卓越的性能，為人工智能(AI)和高性能計(jì)算(HPC)等對數(shù)據(jù)吞吐量要求極高的應(yīng)用領(lǐng)域提供更為強(qiáng)勁的動(dòng)力。
此外，政府層面的政策扶持、行業(yè)組織在標(biāo)準(zhǔn)化方面的努力，以及資本市場的財(cái)務(wù)投資，均為HBM產(chǎn)業(yè)鏈的壯大提供了關(guān)鍵動(dòng)力。借助政策的激勵(lì)和資金的注入，HBM技術(shù)的研發(fā)和商業(yè)化步伐有望加快。同時(shí)，統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不僅有助于規(guī)范技術(shù)發(fā)展，還能降低市場的進(jìn)入壁壘，進(jìn)一步推動(dòng)HBM技術(shù)的廣泛采納和實(shí)施。
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雖然國內(nèi)HBM產(chǎn)業(yè)仍面臨技術(shù)壁壘、國外技術(shù)封鎖和市場競爭等諸多挑戰(zhàn)，但其未來展望是光明的。希望通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同以及多方面的支持，國內(nèi)企業(yè)可以抓住機(jī)遇，積極布局，逐步實(shí)現(xiàn)從0到1的突破，推動(dòng)國產(chǎn)HBM技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，為推動(dòng)整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展作出更大的貢獻(xiàn)。
