AI 推动芯片转型，HBM 成关键，存储巨头竞相角逐

文章摘要

AI推动芯片从CPU向GPU转型，HBM成关键。

• HBM需求激增，内存厂商优先扩产。

• SK海力士和美光在HBM市场领先。

• ️ 三星遭遇技术与市场挑战，努力追赶。

生成式AI浪潮的兴起，正在推动计算体系从传统的CPU主导模式逐步向GPU主导的时代转变。

AI热潮造就GPU繁荣的同时，也让扮演关键角色的HBM热度高居不下，成为当前AI赛道的新兴爆发风口和科技巨头竞相追逐的战略高地。

三星、SK海力士、美光等存储行业的领航者，纷纷将HBM纳入其核心产品线，视其为推动技术革新与市场竞争的关键。

HBM的火热，正在给存储市场掀起巨大波澜，甚至改变当前的芯片格局。据韩国券商报道，SK海力士今年芯片业务年度营业利润可能首次超过三星电子。

一、存储芯片，地位凸显

HBM，产业地位飙升

众所周知，AI系统性能高度依赖于内存容量、带宽和延迟。因此，内存技术正成为选择GPU和其他加速器等基础设施组件时更为重要的设计标准。

据了解，数据中心收入重心已经向GPU转移，而这些GPU需要在整个内存层次结构中拥有更快的内存。因此，内存和存储及其供应商正在提供更多价值，并在数据中心价值链中占据更重要的地位。

以集成到GPU和加速器上的HBM为例，HBM现已成为提升AI和高性能计算系统性能的关键因素。

例如，英伟达的H100到H200 GPU的转变就体现了这种影响。配备（六层堆叠的HBM）的H200为大型语言模型（LLM）提供了两倍于使用的H100的性能。具体来说，H200拥有141GB内存和4.8TB/s带宽，大大超过了H100的80GB和3.35TB/s。

此外，HBM也是AI芯片中占比最高的部分。根据外媒拆解，英伟达H100成本接近3000美元，其中占比最高的便是SK海力士的HBM，凭借2000美元左右的成本直接超过制造和封装。

由此可见，内存容量和带宽的大幅提升表明HBM不再是一种普通商品，而是尖端计算应用性能的关键驱动因素。内存供应商现在可以显著区分最终解决方案的优劣，而不像过去存储芯片只是主要根据价格购买的标准化商品。

因此，内存公司已从商品供应商转变为推动AI进步的关键合作伙伴，对产品开发、定价、竞争定位和供应链动态的影响力不断增强。

随着HBM容量不断增加，以及新的12层高堆栈产品的推出，英伟达和AMD等公司将在一定程度上根据HBM功能定位其产品。由于HBM的需求不断增长以及在AI加速中发挥的关键作用，主要内存制造商正在优先考虑HBM的产能和投资力度。

可以认为，内存供应商已成为AI硬件供应链中的重要合作伙伴。目前只有SK海力士、三星和美光三家公司生产HBM。

HBM，“缺”字当头

与此同时，受生成式AI大模型等领域的驱动，HBM逐渐发展成为新兴热门产业之一，随着上游客户不断发出新的需求，目前HBM市场正释放出供不应求的信号。

根据预估，2024年HBM需求比特数年增率将接近200%，2025年将再度翻倍。

抢了一年多的HBM产能，还是“缺”字当头。

存储原厂2024年、2025年的HBM产能已被预订一空，订单能见度甚至直达2026年一季度。

行业分析指出，短期内HBM市场存在供需缺口，预计今明两年HBM缺口将分别达到产能的5.5%和3.5%。

针对当前行业现状和趋势，HBM产能紧张的问题日益凸显，很多高性能GPU的产能上不来，很大程度上就是因为HBM不够用了。

面对这一挑战，厂商们纷纷加速产能扩张步伐。

SK海力士在这场HBM竞逐中，至今仍保持着领先身位，同时也在规划产能的大幅扩产。据了解，SK海力士正全力推进第5代1b DRAM的产能提升，计划将月产能从年初的1万片激增至年底的9万片，到明年上半年进一步提升至14万至15万片，实现产能的飞跃式增长。

三星也不甘示弱，在其HBM3打入英伟达供应链之后，HBM3e供应却颇为坎坷，受限于散热、功耗等方面，产品至今仍未敲开英伟达大门。但这家韩国公司早些时候曾表示，预计今年HBM产能将实现近三倍的扩张。

美光则在美国本土与海外双线布局，建设先进的HBM测试线，并考虑在马来西亚增设生产基地，以捕捉AI时代带来的巨大市场需求。美光目标是在2025年将HBM市占率提高两倍以上，达到20%左右。之前公司还计划在日本广岛新建DRAM厂，预计2026年初动工、最快2027年底完工。

能看到，三大存储芯片巨头均展现出对HBM产能扩张的坚定决心。尤为值得注意的是，SK海力士宣布，预计到2028年将投资748亿美元，其中八成资金将倾注于HBM技术的研发与制造，并加速推进下一代HBM4芯片的量产至2025年。

市场调研机构在近期的行业研讨会上指出，随着全球前三大HBM厂商持续扩大产能，预计2025年全球HBM产能将同比大涨117%。

供不应求的供需关系背后，HBM供应商们个个赚得盆满钵满。甚至在前几年存储市场数个季度持续低迷的态势下，HBM业务仍表现亮眼，成为拉动存储厂商需求提升的关键。

这也意味着，AI应用对HBM的不断增长的需求为内存供应商带来了更稳定、不断增长的市场，有可能降低内存行业的历史周期性。

目前对DRAM产业展望维持不变，预估2025年HBM将贡献10%的DRAM总位元产出，较2024年增长一倍。由于HBM平均单价高，估计对DRAM产业总产值的贡献度将突破30%。

此外，在三星的规划中，计划从其DRAM产能中调拨约30%用于生产HBM，这可能导致全球DRAM供应量减少13%，从而推高市场价格。

而对于NAND Flash市场，表示，NAND Flash供应商经历2023年巨额亏损后，资本支出转趋保守。AI应用对高速、大容量储存的需求日益增加，也将推动 SSD(eSSD)市场的蓬勃发展。不过，DRAM和HBM等存储产品需求受惠AI浪潮，将排挤2025年NAND Flash设备投资。

根据集邦咨询最新调查，NAND Flash产品受2024年下半年旺季不旺影响，wafer合约价于第三季率先下跌，预期第四季跌幅将扩大至10%以上。模组产品部分，除了 SSD因订单动能支撑，有望于第四季小涨0%至5%；PC SSD及UFS因买家的终端产品销售不如预期，采购策略更加保守。集邦咨询预估，第四季NAND Flash产品整体合约价将出现季减3%至8%的情况。

集邦咨询同时指出，在模组厂库存过高和部分原厂削价竞争下，第四季NAND Flash wafer合约价将出现较大幅度衰退，预估季减10%至15%，且不排除扩大趋势。

二、存储芯片，格局生变

HBM，改变存储芯片市场格局

HBM产能争夺的背后，还存在更为激烈的技术竞赛，影响着芯片格局的走向。

长期以来，三星都是存储芯片领域的霸主。然而，如今在HBM热潮下，三星遭前后夹击，正在从此前的存储芯片领导者变成追随者。

三星电子正处于失去存储芯片领头羊头衔的边缘，一方面需要艰难地追赶竞争对手SK海力士，同时还需要抵御快速追赶的中国企业。

尽管三星电子报告称，2024年第三季度的营业利润增长了274%，但该公司目前正处于危机状态。迫在眉睫的危机导致三星芯片负责人全英贤（Jun Young-hyun）发表前所未有的道歉，承认未达到市场预期，并对组织进行彻底改革。

这些财务状况的背后隐藏着一项正在瓦解的半导体战略，以及报告的利润掩盖了更深层次的问题，包括错失的市场机会、竞争挫折以及暗示内部动荡的领导层变动，给这家韩国科技巨头带来了严峻挑战。

三星合规委员会在年度报告中也承认，三星目前处境艰难，必须应对世界各地不可预测的快速变化的经济状况、员工信心的丧失、招聘人才的困难以及技术挑战，正在打一场硬仗。

三星困境的核心在于其半导体业务的一系列失误。三星在AI芯片领域的表现不佳，导致其股价今年以来下跌超过20%。三星曾向投资者承诺在12层HBM3E芯片等技术上投入巨资，并希望其HBM3E芯片能获得AI芯片巨头英伟达的批准，但目前还没有迹象显示三星最新的HBM产品很快就会通过英伟达的资格测试。

据悉，由于散热问题和功耗过高，三星12层HBM3E产品的验证方面受到了阻碍。英伟达作为AI硬件领域的领先企业，以对供应商的严格要求而闻名。在几个月内未能按时交货和问题未得到解决之后，英伟达似乎已经从SK海力士购买了大量HBM3和HBM3E产品。

在数据中心市场的份额飙升，HBM的价值也随之飙升

可以预见，在由AI推动的快速增长的内存市场中，失去英伟达等关键客户可能会是一个巨大的挫折。

在三星解决其技术问题的同时，SK海力士和美光抓住了这一机会，将自己打造为科技行业首选的12层HBM3E内存供应商。这种情况损害了三星作为内存芯片领导者的声誉，并可能对其造成长期影响。

据悉，SK海力士目前是英伟达第四代和第五代HBM3和HBM3E的唯一供应商，而三星仍在进行资格测试。可见，三星这些努力并没有达到预期，让竞争对手获得了优势。

表示，从HBM产品类型来看，由于英伟达自 GPU开始，新产品会逐步转往12层HBM3e，2025年HBM3e将取代HBM3成主流产品，占整体HBM市场需求的89%，其中12层堆叠产品将占比过半，成为明年下半年各大AI厂商竞相争夺的主流产品，其次为8层HBM。

这意味着三星或将继续被拉大差距。

不久前，英伟达创始人黄仁勋宣布，将英伟达的AI芯片更新周期从两年压缩至一年。换言之，这一策略不仅意味着GPU需要适应这样迅速的迭代，也敦促着包括存储芯片在内的供应商提高技术演进的速度。

SK海力士近日已开始将混合键合应用于3D DRAM的量产。TSV+堆叠键合工艺为当前HBM理想方案；但随着堆叠层数增加，散热要求增加，混合键合有望成为下一代HBM4方案。

除了SK海力士之外，三星电子先进封装团队也已完成了采用16层混合键合HBM内存技术验证，未来16层堆叠混合键合技术将用于HBM4内存量产。

然而，制造HBM芯片需要大量先进技术，但前提条件是DRAM的品质和成本，而这取决于其良率。DRAM的良率对于HBM来说至关重要，因为如果不符合标准，HBM的成本和处理时间将不可避免地恶化。

DRAM合格后，接下来就是公司将采用哪种封装和键合技术来决定HBM的性能。三星电子和SK海力士都在采用1b纳米制程技术（相当于12纳米范围）用于HBM3E的DRAM。良率通常是每家存储厂商的保密数据，但据透露，三星电子的1b纳米DRAM的良率明显低于SK海力士。

另一方面，随着中美竞争的升级，中国存储芯片制造商多年来一直在努力实现芯片技术独立，中国存储芯片制造商扩大市场份额的速度也越来越快，三星电子也面临着新的挑战。

根据集邦咨询发布的数据，中国芯片制造商在DRAM市场的市占率预计明年第3季将达到10.1%，高于今年的6%。摩根士丹利最近的一份报告预计，国内DRAM存储大厂今年的DRAM产量将超过10%，并预测中国厂商对传统DRAM市场的入侵将会更快。

三星，“寒冬将至”？

现代证券研究中心主管Noh Geun-chang表示，由于AI相关的半导体需求旺盛，半导体整体市场不会有寒冬，但唯独对三星而言，寒冬已至，因其未能证明在HBM领域上的竞争力。

三星电子投资人也正经历艰难时期。据悉，7月初三星电子股价上涨至8.7万韩元，至10月11日已跌至5.93万韩元。让投资人不安的不仅是股价下跌，因为股价是根据市况而波动，股价走势表明三星电子的竞争力已亮起红灯。

不仅是HBM领域，三星的另外两大业务智能手机与晶圆代工也全都面临严峻竞争。

若以美元计算，这家芯片巨头10年的销售成长率每年平均仅1%。除了2017年收购汽车设备大厂外，三星的业务没有变化太大。对于一家10年来销售相同产品，且销售停滞的公司而言，股市几乎没有给予高度评价的空间。

为了应对这些挑战，三星近期进行了重大的公司重组。内存、代工厂、系统LSI和制造部门的高管均被替换，新领导层被任命担任关键职务。虽然三星将此举作为一项战略举措，以表明其认真对待这些问题。然而，仅仅更换管理层可能不足以解决产品交付和质量方面的根本问题。

今年5月，在由台积电主导的晶圆代工领域，三星曾试图通过承诺比台积电更出色的性能来吸引AMD、苹果等客户。然而，由于三星生产良率较低，现实情况并不乐观，持续的产量问题已经扰乱了生产代工业务，导致AMD和Apple等潜在客户转而依赖台积电。

三星当前的目标是提高良率，重新赢得客户信任，并证明三星的代工雄心是可信的。但鉴于台积电在先进节点制造领域的良好声誉和稳定表现，这对三星来说将是一个挑战。

在DRAM技术上三星也面临着艰巨的任务，即纠正HBM3E问题并确保三星能够提供符合严格标准的产品。据报道，这一目标迄今为止难以实现，其首要任务包括解决热量和功耗问题，并防止三星HBM在未来迭代中遭遇类似的挫折，保持领先于市场趋势对于重新获得竞争优势至关重要。

总的来说，这些问题对三星的半导体部门来说都是重大障碍。

无论是英伟达决定与SK海力士合作，还是AMD、苹果等公司的芯片转投台积电，这不仅意味着三星失去了一次合作的机会；同时也是向业界表明，三星可能不再是曾经的可靠内存供应商和晶圆代工厂。

SK海力士和美光正在用HBM芯片满足AI市场的旺盛需求，而三星仍在努力应对技术问题和延迟；台积电则在代工业务方面的表现优于三星，持续向客户交付3nm芯片，而三星仍陷入良率的问题中焦头烂额。

因此，要想改变现状，三星必须解决影响其HBM内存的热量和功耗问题、提高3nm生产良率等问题外，更重要的是要重建客户信任：要重获行业主要参与者的信任，就需要始终如一、可靠的表现。三星可能需要采取少承诺、多兑现的策略，专注于兑现承诺，而不是仅做出大胆的宣称。

但三星最终能否克服这些挑战？如今预测还为时尚早。

但其前进的道路一定充满艰辛，竞争对手已经在关键市场占据了强势地位。然而，半导体行业瞬息万变，只要制定正确的战略并完美执行，三星就能努力重夺领导地位；如果不能有效解决当前的缺陷，三星可能会在其曾经占据主导地位的市场中沦为次要位置。

三、写在最后

如科创板日报所言：回望11年前，SK海力士就已首次制造出HBM，两年后迎来第一位客户AMD。但在此之后，HBM因价格高昂，再鲜见客户买账，沉寂多年以致一度被看作是“点错了科技树”。

如今，英伟达一片GPU终于为HBM“正名”，整个行业都在追赶HBM的进度。毕竟，在AI硬件军备赛中，时间就是生命，落后就意味着淘汰。

在HBM技术的征途上，一场没有硝烟的战争正在上演，也见证着芯片市场竞争格局的重塑。