2月23日，英伟达创造了历史，成为全球第一家市值突破2万亿美元的芯片公司，且是无晶圆厂芯片设计公司。凭的是什么？凭的就是生成式AI（人工智能）爆棚！
AI火的一塌糊涂，带动了相关产业，甚至是前几年一蹶不振的DRAM（动态随机存取存储器）领域一朝回春。作为半导体行业的重要组成部分，DRAM市场需求和应用也受到了AI发展的积极推动。君不见，春节过后，美韩存储芯片巨头均宣布涨价60%。
AI技术需要大量的计算资源来支持其运行，而作为一种重要内存器件，DRAM为其提供了高速、大容量的数据存储和访问能力。
随着AI技术的普及和应用领域扩大，DRAM需求也呈现出快速增长态势。不过，为了满足AI计算对高性能、低功耗内存的需求，提升DRAM的性能和可靠性，并推动相关技术升级换代迫在眉睫。
始于创新，衰于内卷
曾几何时，始于创新的DRAM因内卷而衰落。设计之初是为了提升计算机的读写速度，IBM在1966年发明了DRAM，之后申请了专利。
1970年，Intel开始量产DRAM，售价10美元，成功赚取了第一桶金，成为当之无愧的第一代DRAM霸主。
德州仪器离职工程师1969年创办的Mostek在1973年推出4Kbit DRAM，大幅度减小了芯片面积，全球市场占有率升至85%，成为第二代DRAM霸主。但其好景不长，1979年被UTC收购，1985年又转卖给法国Thomson，即后来的意法半导体，后者通过专利诉讼获取了巨额收益。
第一代和第二代商用DRAM
1980年，日本DRAM厂商出现，以质量和成本优势打败了美国厂商，当时惠普公布的6家DRAM厂商（美国3家，日本3家）的内存条质量对比显示，前三名均来自日本，第四名美国公司的DRAM不合格率是第三名的7倍，美国DRAM厂商全面溃败。
1985年前后，投入巨额DRAM研发费用的Intel陷入巨亏，裁员7200人，关闭了7座DRAM工厂，“落荒”去做CPU逻辑芯片。之后，德州仪器和IBM也退出了DRAM江湖。Motorola和东芝合资的DRAM公司也在1997年转型逻辑器件。
不过，美国的DRAM火种并未熄灭。1978年，几个Mostek离职员工创立了美光，1981年，美光DRAM工厂投产，生产64Kbit DRAM。2013年，美光收购日本尔必达，获得了日本DRAM工厂。2021年，美光斥资70亿美元在该工厂附近新建DRAM生产线，主要生产数据中心的DRAM芯片。彼时其全球DRAM销售额占比为22.8%。
20世纪80年代中期开始，韩国芯片制造业高速发展。21世纪初，韩国已成为全球半导体市场主导力量，SK海力士、三星等的存储芯片可满足60%以上的国际需求。目前，全球前三DRAM企业中韩国占据前二，美光排名第三，中国的长江存储等企业还在追赶。
卡住英伟达脖子，DRAM再次起飞
2023年，伴随英伟达成为AI芯片领域赢家，作为HBM3（高带宽存储器3）存储芯片主要供应商，SK海力士地位日益凸显。HBM3对于提高AI性能至关重要，而SK海力士是目前唯一能够量产HBM3的公司，因此也卡了英伟达的脖子，价格涨了5倍，大赚特赚。
SK海力士2023年第四季度恢复盈利，营业利润达到了2.5883亿美元。原因是昂贵的AI服务器（HBM3）和移动应用（LPDDR5X，三星首款14nm内存）需求增加，推动了DRAM芯片市场的复苏。
SK海力士和美光均表示，今年其HBM产能已全部售罄。DRAM行业终于迎来了春天！生成式AI和HBM开始推动DRAM市场增长。
根据Yole Group预计，HBM1（第一代产品）市场颇具潜力，有望在2024年增至140亿美元。2023-2029年，HBM收益将继续以约38%的CAGR增长，到2029年可达377亿美元。另外，4F2 DRAM存储单元设计、混合键合和单片3D DRAM将实现DRAM2的长期增长。SK海力士、三星、美光向3D技术的转向也将为中国打开新的机遇。
事实上，存储器市场仍是春寒料峭，DRAM的比特需求量仍居于低位，只有AI服务器和汽车电子等一些特定应用例外。从2022年末开始，ChatGPT等生成式AI应用助推了业界对DDR5 DRAM和HBM等高速存储器技术的兴趣，特别是数据中心。
在AI计算强劲需求的推动下，HBM市场规模预计将显著超过整体DRAM市场。2023年，HBM的比特出货量增长了93%，2024年预计增幅为147%，未来五年的CAGR将为45%，而数据中心DRAM比特将增长25％。就收入而言，HBM的市场可能从2022年的27亿美元飙升至2024年的140亿美元，分别占当年DRAM总收入的3%和19%。
HBM市场预期
Yole Group存储器首席分析师Simone Bertolazzi博士表示：“为了满足AI浪潮的需求量，三星、SK海力士和美光将更多晶圆产能转移到了HBM，将使HBM晶圆产量在2024年翻倍，达到约150kwpm，这减缓了总比特的生产，并导致非HBM产品的短缺加剧。”
技术走向3D
在Simone Bertolazzi看来：“4F2 DRAM的开发目标是在无需更小光刻节点的前提下，让芯片面积比现有6F2结构缩小约30%。此外，随着4F2单元在2027年前的推出，可望出现CBA（CMOS键合阵列）DRAM架构，其外围电路和存储器阵列会在单独晶圆上加工，然后使用晶圆间混合键合堆叠在一起。”
混合键合也将成为推进HBM技术必不可少的技术，用以提高存储器带宽和功率效率，并减少堆叠厚度。混合键合的实现预期将从2026年的HBM4代开始，每个堆栈将有16个DRAM管芯，接口宽度增加2倍，最高可达2048位。
DRAM技术路线图
他同时指出，虽然单片3D DRAM有望成为长期扩展解决方案，但其开发仍有许多不确定性，未来的最优策略尚未确定。DRAM企业正在探索各种方法，一些技术论文和专利申请披露了采用水平电容的1T-1C单元和无电容器等可能途径，如基于浮体效应的增益单元（2T0C）或1T-DRAM。
不管怎样，从2D到3D DRAM的转变将为DRAM产业带来类似历史上3D NAND技术演变的重大变革。目前的市场模型表明，3D DRAM可能会在2030年前后上市，到2035年达到年约1000万片晶圆（mwpy）的体量，占DRAM晶圆预期总产量的38％。
领导权争夺战即将升级
市场分析表明，随着AI融入智能手机功能，生成式AI升级将推动DRAM需求激增。LLM（大型语言模型）在高端手机中的实现将令DRAM需求增加提前到来，并加速对最小NAND存储容量的逐步淘汰。
数据密集型AI和和HPC（高性能计算）也将推动HBM市场增长，将使HBM产业的增长超过整体DRAM市场，供不应求的状况将持续到2025年，使HBM市场在未来五年内快速增长。
就在现在，HBM的领导权争夺战正在升级。从长远来看，向3D的转变将为中国打开新的机遇。
2013年以来，SK海力士一直是HBM开发和商业化的先驱，目前的收入份额约为55%，其次是三星，约为41%。直到2020年，美光都缺席了HBM。作为后期进入者，这家美国公司需要缩短上市时间，为此将跳过HBM3代，直接推出HBM3E产品（HBM3 Gen 2）。
2023年HBM市场份额和比特出货量
对于中国公司，DRAM逻辑集成的先进封装技术和DRAM微缩替代传统光刻技术将成为未来几年研发重点。这些目前还开放的途径没有受到商业上的重大限制，有助于中国开发高性能AI芯片，而不使用受限的前沿设备。通过利用结合逻辑和内存的More than Moore（超越摩尔定律）解决方案，中国将继续在各个领域争夺技术霸权，AI计算是其中的关键领域。
值得一提的是，3D DRAM将使用“不严格对准（relaxed）”光刻节点（例如20nm），且不需要EUV光刻系统。因此，用于3D DRAM制造的设备支出70%以上集中在沉积和蚀刻系统方面。
随着“中国芯”的快速发展，中国已经逐渐掌握了不少高端存储和闪存芯片相关技术，长江存储更是率先突破了232层NAND闪存芯片，这也让韩国和美国存储芯片大厂感到担忧。为了争夺中国市场，前两年SK海力士、三星、美光等竞相降价甩卖。
有跌就有涨，大规模降价加上AI需求的增加，像韩国半导体协会预测的那样， 2024年韩国DRAM和NAND闪存芯片价格将上涨60%以上；美光等美国厂商也纷纷宣布将要提价。值得注意的是，中国是最大的存储芯片和闪存芯片市场，产品提价将会受到较大的影响。
虽然近些年国内存储芯片厂商发展比较快，高端存储芯片技术水平已赶上三星、美光、SK海力士等国际知名厂商，但产能的扩张还没有跟上，因为设备和建厂都需要一定的时间。
由于市场原因以及芯片禁令的限制，美韩存储芯片厂商在中国市场的份额正在不断减少。另外，这几年由于大幅降价，国际大厂存储芯片库存量剧增，现在选择涨价也是为了挽回此前的损失。
根据业内人士分析，随着AI存储芯片市场规模的不断扩大，厂商投入的技术研发费用更加不菲，资金压力也会进一步增加。选择提高存储产品出货价格，也是为了应对这方面的压力。
不管怎样，从目前中国存储芯片领域的快速发展来看，实现国产化替代只是一个时间问题，国际大厂肆无忌惮的日子已经不多了。
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