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存储市场冰火两重天，HBM价格暴涨5倍
实际上，自去年Q3以来，DRAM市场进入寒冬。今年以来时不时听到存储要触底反弹的声音，但目前市场仍未解冻。据TrendForce最新研究显示，由于DRAM供应商减产速度不及需求走弱速度，DRAM产品Q2均价季度跌幅扩大至13~18% 。
在DRAM的整体颓势之中，HBM却在逆势增长。据悉，2023年开年后三星、SK海力士两家存储大厂HBM订单快速增加，HBM3规格DRAM价格上涨超过5倍。
一边是DRAM整体跌幅仍在进一步扩大，另一边是HBM价格却暴涨5倍，冰火两重天。不禁要问，HBM为什么会这么重要？主要用在什么地方？HBM逆势增长的主要驱动原因是什么？
HBM：AI芯片的最佳搭档
按照不同应用场景，JEDEC（固态技术协会）将DRAM分为三个类型：标准DDR、移动DDR以及图形DDR。HBM属于最后一种，即图形DDR。
内存墙，指的是内存性能严重限制CPU性能发挥的现象。存储器与处理器性能差异正随时间发展逐渐扩大，当存储器访问速度跟不上处理器数据处理速度时，存储与运算之间便筑起了一道“内存墙”。而随着人工智能、高性能计算等应用市场兴起，数据量指数级增长，“内存墙”问题也愈发突出。
图形DDR中，先出现的是GDDR，它是为了设计高端显卡而特别设计的高性能DDR存储器，是打破“内存墙”的有效方案。随着深度学习等 AI 算法的发展，AI 服务器对计算能力和内存带宽的要求越来越高。GDDR 逐渐达到极限，每秒每增加1GB 的带宽所需要的电量剧增，NVIDIA 和 AMD 等厂商逐渐开始使用 HBM。
HBM（High Bandwidth Memory）即高带宽存储器，其通过使用先进的封装方法（如TSV硅通孔技术）垂直堆叠多个DRAM，并与GPU封装在一起。HBM通过系统级封装（SIP）和硅通孔（TSV）技术实现垂直堆叠，拥有多达1024个数据引脚，可显著提升数据传输速度，因此成为AI芯片中存储的主流技术方案。
HBM结构图
资料来源：美光官网
相较而言，GDDR独立封装在PCB上围绕在处理器的周围，而HBM则排布在硅中阶层上并和GPU封装在一起，面积缩小，离GPU更近，数据传输也更快。HBM之所以可以做到这样的布局，是因为采用了3D堆叠技术，其直接结果就是接口变得更宽。因此，与传统内存技术相比，HBM具有更高带宽、更多I/O数量、更低功耗、更小尺寸的特点。与 GDDR5 相比，在相同数量显存下，HBM产品大小仅仅是 GDDR5 的 6%，并且每瓦带宽是其 3 倍以上。
HBM与GDDR5对比
资料来源：AMD官网
在HBM技术加持之下，DRAM芯片从2D转变为3D，可以在很小的物理空间里实现高容量、高带宽、低延时与低功耗。自2014年首款硅通孔HBM产品问世至今，HBM技术已经发展至第四代，分别是：HBM（第一代）、HBM2（第二代）、HBM2E（第三代）、HBM3（第四代）。HBM朝着不断提高存储容量、带宽，减小功耗和封装尺寸方向不断升级，从最初的1GB存储容量和128GB/s 带宽的HBM1发展到目前的24GB存储容量和819GB/s带宽。
乘AI东风，HBM需求激增
今年 ChatGPT 引爆全球，AI 相关需求呈快速增长态势。据Bloomberg Intelligence报告显示，生成式 AI 市场规模有望爆发式增长，从 2022 年的 400 亿美元高速扩大至 2032 年的 1.3 万亿美元，十年间复合增速高达 42%。而 AI 的快速发展，对数据量和算力的需求也有大幅拉动，将拉动相关半导体需求的持续提升。
TrendForce 最新报告预计，2023年AI服务器出货量（含GPU、FPGA、ASIC等）预估在120万台，年增长率近38%。AI芯片出货量同步看涨，预计今年将增长50%。报告称，目前高端AI服务器GPU搭载HBM芯片已成主流，预计2023年全球HBM需求量将年增近六成，达到2.9亿GB，2024年将再增长30%。
作为高性能GPU的核心组件，根据Omdia 数据，2020 年全球 HBM 市场规模为 4.58 亿美元，预计 2025 年市场规模将达到 25 亿美元，年复合增长率高达 40.38%。
在ChatGPT等AI浪潮的推动下，高端AI芯片纷纷选择搭载HBM技术，推升了HBM存储需求。根据TrendForce统计，NVIDIA、AMD、Intel等高端AI芯片中大多选择搭载HBM。目前NVIDIA的A100及H100各搭载达80GB的HBM2e及HBM3，在其最新整合CPU及GPU的Grace Hopper芯片中，单颗芯片HBM搭载容量再提升20%，达96GB。AMD的MI300也搭配HBM3，其中，MI300A容量与前一代相同为128GB，更高端MI300X则达192GB，提升了50%。
DRAM原厂主导HBM市场，SK海力士称王
HBM市场目前由三大DRAM原厂占据，SK海力士占据过半份额。根据TrendForce统计，2022年三大原厂HBM市占率分别为SK海力士50%、三星约40%、美光约10%，预计2023年SK海力士将受益新世代HBM3产品的量产，其市占率有望提升至53%。
SK海力士是目前唯一量产HBM3的公司，并向英伟达大量供货，配置在英伟达高性能GPU H100之中，持续巩固其市场领先地位。今年4月SK海力士又推出24GB HBM3产品(HBM3E)，容量再度提升且采用更薄的DRAM芯片垂直堆叠，实现了与16GB产品相同的高度，正被头部公司争相申请样片测试。据韩媒Korea Times报道，三星的HBM3产品预计23H2量产，届时将追赶SK海力士的市场。美光科技则进展相对较慢，于2020年7月宣布大规模量产HBM2E，HBM3作为其产品线仍在持续研发之中。
2021年的时候，HBM占整体DRAM市场只有不到1%。主要是因为HBM高昂的成本以及当时服务器市场中搭载相关AI运算卡的比重仍小于1%，且多数存储器仍使用GDDR5、GDDR6来支持其算力。
今年以来，AI的浪潮愈演愈烈。在ChatGPT带动的AIGC（生成式AI）的热潮下，大厂们纷纷开始推出自己的类ChatGPT的大模型。TrendForce预测，到2025年，全球如果等同于ChatGPT的超大型AIGC有5款，类似Midjourney的中型产品有25款，以及80款小型产品，在这个条件下，上述所需的运算资源至少包含145600~233700颗英伟达A100 GPU。作为高性能GPU的核心组件，HBM今后的存在感或许会越来越强。
最新HBM产品消息，BusinessKorea报道，包括英伟达、AMD、微软、亚马逊在内的全球科技巨擘，已依序向SK海力士要求HBM3E样品。申请样本是下单前的必要程序，目的是厘清存储器与客户的GPU、IC或云端系统是否兼容。据信，该公司正在为今年下半年准备 8Gbps HBM3E 产品样品，并计划在明年上半年实现量产。
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