[芯片TALK]次世代“HBM4”标准化在即…三星电子 vs TSMC·SK海力士联盟，谁能胜出？

by Han Yeju

Published 20 Jul.2024 07:00(KST)

JEDEC：“下一代标准已进入完成阶段”

SK海力士与台湾TSMC结盟
三星电子强化“一站式交钥匙战略”

随着人工智能（AI）市场的高速增长，备受关注的高带宽存储器（HBM）下一代产品规格最迟将在今年年底发布。从明年起，有望成为HBM市场“游戏规则改变者”的第六代“HBM4”竞争将全面拉开帷幕。由于预计在量产产品中将导入新技术，并大幅增加客户定制功能，为争夺主导权，各HBM厂商的开发竞争将愈发激烈。尤其是，与全球第一大晶圆代工企业台湾台积电（TSMC）携手的HBM强者SK海力士，以及同时经营HBM与代工业务、强调综合半导体企业优势的三星电子之间的竞争格局备受瞩目。

22日，国际半导体标准协作组织JEDEC固态技术协会近日表示，“HBM4标准已接近完成”。这是JEDEC首次就HBM4标准制定进展情况对外发布消息。

JEDEC是由全球半导体和科技企业组成的组织。其在征求半导体厂商及客户公司意见的基础上，不仅为动态随机存取存储器（DRAM）、闪存（NAND Flash）等存储半导体制定标准规格，还覆盖接口、封装等整个半导体供应链。JEDEC标准可被视为新型半导体设计与制造的指导手册。以标准完成为起点，HBM4的正式开发将成为可能。

[芯片TALK]次世代“HBM4”标准化在即…三星电子 vs TSMC·SK海力士联盟，谁能胜出？

JEDEC公开了已进入完成阶段的HBM4部分规格。性能基准与此前外界所知大致相似。HBM4将支持最高16层堆叠，比停留在12层的HBM3和HBM3E高出一个档次。这意味着单位面积容量更大、速度更快。单颗DRAM的容量也将从现有的最高24Gb（千兆比特）扩展到32Gb。也就是说，不仅堆叠层数增加，每层的容量密度也随之提高。

此外，原本每层1028比特（bit）的通道数将翻倍增至2048比特，同时确认半导体芯片面积进一步增大。每通道速度方面，业界已就6.4Gbps（每秒千兆比特）达成初步共识，该速度今后还有进一步提升的可能性，因为目前已在市场供应的HBM3E支持8Gbps。

不过，JEDEC并未提及堆叠高度。据悉，JEDEC原计划在今年年初公开HBM4规格，但由于会员企业在堆叠高度问题上存在分歧，发布被推迟。外界认为，JEDEC正酝酿将高度限制从现有的720微米（μm）放宽至775微米。要实现更高层数的堆叠，就必须预留更多空间。

随着产品规格逐渐清晰，存储行业正更加全力以赴地为HBM4量产做准备。原因在于，围绕HBM的真正胜负点将落在HBM4上。第六代HBM4从设计到制造都将要求远超既有产品的难度。

作为AI半导体核心客户的英伟达（NVIDIA）在6月的台北国际电脑展（Computex）主题演讲中，通过路线图表示，将在2026年推出的“Rubin”平台上首次搭载8颗HBM4，并在2027年的“Rubin Ultra”上搭载12颗HBM4。AMD也计划在2026年推出的“MI400”上首次搭载HBM4。

一直保持HBM领导地位的SK海力士，为强化下一代HBM生产和先进封装技术实力，决定与台湾台积电（TSMC）紧密合作。两家公司近日在台湾台北签署技术合作谅解备忘录（MOU），计划共同开发HBM4。

由于是各自领域优势企业之间的合作，双方信心十足。SK海力士此前已表示，将把HBM4的量产时间提前约1年，计划在2025年实现量产。外界认为，这是一项为满足主要大型科技企业需求并快速获取客户的战略。

两家公司首先将着手提升HBM封装中最底层所搭载的基底芯片（Base Die）性能。HBM是在基底芯片之上堆叠DRAM单颗芯片——核心芯片（Core Die），再利用硅通孔（TSV）技术进行垂直互连而制成。基底芯片与图形处理器（GPU）相连，负责控制HBM。

SK海力士在第五代HBM3E之前一直采用自有工艺制造基底芯片，但从HBM4开始，计划采用逻辑芯片先进制程。因为在该芯片生产中导入超精细工艺，可以增加多种功能。公司计划借此生产在性能和能效等方面满足客户多元化需求的定制HBM。同时，SK海力士还将把HBM与台积电拥有专利权的独有制程CoWoS技术相结合，就客户需求进行联合应对。

三星电子则打算把HBM4视为HBM业务实现反超的契机。三星电子同时拥有系统大规模集成电路（System LSI）事业部和晶圆代工事业部，因此能够从HBM4基底芯片的初期设计阶段起，为实现性能最优化而协同推进。由于英伟达等芯片制造商倾向于将代工与封装等整体流程交由单一厂商负责，三星电子所强调的所谓“交钥匙（Turnkey，一揽子生产）”战略，有望在竞标中展现竞争力。

尤其是，三星电子目前在HBM中应用的非导电膜（NCF）技术有利于高层堆叠，被评价为最适用于堆叠层数提高到16层的HBM4。三星电子也在加快开发可在更低高度下实现高层堆叠的混合键合（Hybrid Bonding）技术。今年4月，三星电子曾表示，已通过混合键合实现了16层HBM4。