尽管过去一年来，SK海力士、三星和美光科技三大巨头不断扩产，但HBM供给仍然不足，英伟达甚至在HBM产能不足的情况下，还向HBM制造经验尚短的美光科技下订单。
2023年，受全球宏观经济、地缘政治冲突、市场供需等综合因素的深刻影响，同时在各大存储大厂减产量、控库存等多种措施下，以及生成式AI爆发式发展推动下，全球存储行业整体进入了触底缓升的发展阶段。其中，HBM成为整个半导体市场为数不多的重要增长动力。
进入2024年，从ChatGPT到Sora，生成式AI掀起的算力竞争，仍在推动着存力技术不断演进和迭代，使得存储芯片市场迎来了整体复苏的现象。根据WSTS（世界半导体贸易统计协会）预测，2024年存储芯片市场同比将增长44.8%，而高端存储芯片HBM和DDR5的市场需求增长则更为迅猛。
作为AI芯片最强辅助，HBM凭借其高带宽、高容量、低功耗、可扩展容量等特性，已吸引SK海力士、三星、美光科技三大存储巨头重点布局。与此同时，HBM在“连接”与“堆叠”工艺上的技术创新与演进，正为半导体设备材料端发展带来新的机遇。
AI仍是半导体市场重要增长动力
2024开年以来，尽管在宏观经济、地缘政治等因素的影响下，终端消费仍然偏弱，致使2024年的需求规模仅呈现出温和向好的趋势，但以存储芯片为代表的细分市场的增长态势，提振了业界对今年半导体市场发展的信心。
在AI芯片需求强劲推动下，世界半导体贸易统计协会(WSTS)更是上调了2024年全球半导体市场增长预测，预期同比增长率将达13.1%，总规模将攀升至创纪录的5883.6亿美元。
受ChatGPT带动的AIGC浪潮，以及PC、智能手机需求改善的驱动，WSTS预测，存储市场预计将引领2024年全球半导体市场增长，销售额较2023年激增44.8%；逻辑芯片市场则预计增长9.6%，图像传感器市场预计增长1.7%。
2023年是半导体公司调整战略和管理库存的一年。在过去一年里，AI已经成为各大半导体巨头重点布局的方向。也因此，2024年还被定义为端侧AI的元年。
从三星、SK海力士、美光三大存储原厂的公开信息来看，三大存储巨头实际上对2024年存储市场复苏有着一致的预期。虽然三大厂商仍然对传统存储产品的投产仍然保持谨慎，但对HBM和DDR5的需求信心十足，且已将投资和产能主要转向HBM和DDR5的生产。
毫无疑问，在AI技术与应用的不断推动下，盈利性更强的HBM和DDR5，将有助于提升存储原厂的增长业绩。
其中，SK海力士凭借其占据全球HBM最大份额，打了一场翻身仗。2023年Q4财报显示，SK海力士时隔四个季度首次扭亏为盈，HBM的销量同比增长了五倍。不仅仅是业绩，最近一年，SK海力士股价同比上涨了85%，其甚至把自身未来发展定位为“全面的AI存储供应商”。
值得一提的是，由于芯片算力需求的持续增长，台积电的财报中也显示了AI的强劲拉动。台积电更是表示，2024年的营收增长将超过20%，并且强调AI相关营收的年复合增长率预计为50%。
TrendForce集邦咨询数据显示，2022年AI服务器出货量86万台，预计2026年AI服务器出货量将超过200万台，年复合增速29%。AI服务器出货量增长催化HBM需求爆发，预期到2025年，全球HBM市场规模将达到约150亿美元，增速超过50%。
Counterpoint资深分析师William Li也表示：“总体而言，我们认为人工智能（AI 服务器、AI PC、AI智能手机等）仍将是2024年半导体行业有机增长的主要驱动力，其次是存储行业的反弹，这得益于供过于求局面的改善和需求恢复。”
HBM仍然供应紧俏
过去几年，AI技术的科技竞争，已经上升到国家层面。比如，美国两度加大高端AI芯片对华出口管制。而韩国为了保障其半导体市场竞争力，近期还直接把HBM定为国家战略技术，最多可以给三星、SK海力士这两家本土厂商40%的税收减免。
在企业层面，HBM的主要供应商SK海力士、三星和美光科技均在积极扩产。
其中，作为HBM领域的头部企业，SK海力士已在3月量产了第五代高带宽内存HBM3e，产能也预计比2023年增加一倍以上，而且量产节点比三星早了一季度。同时，SK海力士不仅计划在美国印第安纳州建造一座最先进的制造工厂，还计划与闪存制造商铠侠在日本共同生产HBM。此外，SK海力士还计划在2024年保持10万亿韩元的新增资本支出（比2023年增长了近七成），以支持HBM产能增长，计划在2024年实现HBM产能翻倍。
三星则计划于2024年上半年量产具有8层堆栈的下一代HBM3e产品。根据计划，三星的HBM芯片产量将比2023年增长2.5倍，2025年将再次翻倍。同样，在资本开支上，三星甚至不惜把持有的ASML股票变卖，用来投入全新的HBM产线，包括斥资105亿韩元收购了韩国天安市的工厂和设备，以及计划投资1万亿韩元建设新的包装线。
美光科技今年资本开支约75亿美元至80亿美元，主要用于HBM量产。而且，美光科技还加快了HBM3E产品的研发和量产计划，以此来与SK海力士、三星同台竞争。
不过，尽管过去一年来，SK海力士、三星和美光科技三大巨头不断扩产，但HBM供给仍然不足，英伟达甚至在HBM产能不足的情况下，还向HBM制造经验尚短的美光科技下订单。
除了产能不足之外，良率也是HBM供应不足的另一大障碍。近日，有韩国媒体报道，英伟达的质量测试对存储厂商提出挑战，因为相比传统DRAM产品，HBM的良率明显较低。
据报道，美光、SK海力士等存储厂商，在英伟达下一代AI GPU的资格测试中将进行竞争，似乎差距不大，而良率将是厂商们的阻碍。消息人士称，目前HBM存储芯片的整体良率在65%左右，其中美光、SK海力士似乎在这场竞争中处于领先地位。据悉，美光已开始为英伟达当前最新的H200 AI GPU生产HBM3e存储芯片，因为其已通过Team Green设定的认证阶段。
2024年，AI技术和产业仍然保持高速发展，使高性能计算、大数据处理以及深度学习等领域对存储技术的需求不断上涨。在此背景下，HBM作为一种新兴的存储解决方案，不仅成为高端AI服务器的标配技术，而且在AI产业中展现出其独特的优势和巨大的市场潜力。3月28-29日，由Aspencore举办的国际集成电路展览会暨研讨会（IIC Shanghai）将在上海召开。作为IIC的重要论坛之一，2024中国IC领袖峰会将邀请国内外行业企业，重点探讨与分析生成式AI与高性能计算应用为产业链带来的新发展机遇。欢迎参会！
HBM带来产业链发展机遇
从HBM供给侧趋势来看，HBM3及以上版本逐渐成为主流；24GB/32GB逐渐替代16GB成为主流配置；HBM4预计于2026年开始量产。从工艺节点看，三星和海力士HBM3e的制程节点为1 alpha，美光为1 beta。目前，海力士与三星占据HBM主要市场份额。可以说，在产能不断提升的同时，HBM技术创新也在不断迭代升级。
当前，HBM制造核心技术是TSV“连接”和封装“堆叠”，其中3D混合键合成为发展趋势。目前，HBM采用“TSV+Bumping”+TCB键合方式堆叠（TSV一般由晶圆厂完成，封测厂可在堆叠环节进行配套），但随着堆叠层数的增加散热效率很差，TCB不再满足需求。
图1：HBM堆叠技术升级趋势
资料来源：SK海力士
对此，SK海力士率先引入MR-MUF回归大规模回流焊工艺，芯片之间用液态环氧模塑料作为填充材料，导热率比TC-NCF中的非导电薄膜高很多。但海力士也预HBM4会引入混合键合Hybrid Bonding方案，取消互连凸块。
预计，当前HBM主流依然是TCB压合，MR-MUF方案为过渡方案，未来混合键合是大趋势。液态塑封料LMC依然是晶圆级封装至关重要的半导体材料之一。
值得一提的是，HBM“连接”与“堆叠”将带来设备材料端发展新机遇。混合键合分为晶圆对晶圆W2W和芯片对晶圆D2W，3D NAND使用W2W，CMOS层+存储层采用W2W混合键合方案，预计HBM未来亦会采用W2W方案，W2W与D2W方案相比一般应用于良率非常高的晶圆，避免损失。
华金证券研究认为，混合键合将充分带动永久键合设备与减薄+CMP需求。根据BESI官方数据，预计存储领域未来贡献混合键合设备增量明显，保守预计2026年需求量超过200台，减薄+CMP亦成为重要一环。当前HBM方案主要带动固晶机、临时键合与解键合、塑封装备以及TSV所需的PECVD、电镀、CMP等设备；材料端则是TSV电镀液、塑封料等。
华泰证券也表示，在AI芯片及终端需求复苏的趋势下，2024年封测企业资本开支恢复增长，特别是台积电、Intel等加大先进封装投入，将共同拉动主要后道设备企业业绩修复。
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