被GPU改變的芯片格局

生成式AI浪潮的興起，正在推動計算體系從傳統的CPU主導模式逐步向GPU主導的時代轉變。

AI熱潮造就GPU繁榮的同時，也讓扮演關鍵角色的HBM熱度高居不下，成為當前AI賽道的新興爆發風口和科技巨頭競相追逐的戰略高地。

三星、SK海力士、美光等存儲行業的領航者，紛紛將HBM納入其核心產品線，視其為推動技術革新與市場競爭的關鍵。

HBM的火熱，正在給存儲市場掀起巨大波瀾，甚至改變當前的芯片格局。據南韓券商報導，SK海力士今年芯片業務年度營業利潤可能首次超過三星電子。

一、存儲芯片，地位凸顯

HBM，產業地位飆升

眾所周知，AI系統性能高度依賴於內存容量、帶寬和延遲。因此，內存技術正成為選擇GPU和其他加速器等基礎設施組件時更為重要的設計標準。

據瞭解，數據中心收入重心已經向GPU轉移，而這些GPU需要在整個內存層次結構中擁有更快的內存。因此，內存和存儲及其供應商正在提供更多價值，並在數據中心價值鏈中佔據更重要的地位。

以集成到GPU和加速器上的HBM為例，HBM現已成為提升AI和高性能計算系統性能的關鍵因素。

例如，英偉達的H100到H200 GPU的轉變就體現了這種影響。配備6xHBM3E（六層堆疊的HBM）的H200為大型語言模型（LLM）提供了兩倍於使用5xHBM3的H100的性能。具體來說，H200擁有141GB內存和4.8TB/s帶寬，大大超過了H100的80GB和3.35TB/s。

此外，HBM也是AI芯片中佔比最高的部分。根據外媒拆解，英偉達H100成本接近3000美元，其中佔比最高的便是SK海力士的HBM，憑藉2000美元左右的成本直接超過製造和封裝。

由此可見，內存容量和帶寬的大幅提升表明HBM不再是一種普通商品，而是尖端計算應用性能的關鍵驅動因素。內存供應商現在可以顯著區分最終解決方案的優劣，而不像過去存儲芯片只是主要根據價格購買的標準化商品。

因此，內存公司已從商品供應商轉變為推動AI進步的關鍵合作夥伴，對產品開發、定價、競爭定位和供應鏈動態的影響力不斷增強。

隨著HBM容量不斷增加，以及新的12層高堆棧產品的推出，英偉達和AMD等公司將在一定程度上根據HBM功能定位其產品。由於HBM的需求不斷增長以及在AI加速中發揮的關鍵作用，主要內存製造商正在優先考慮HBM的產能和投資力度。

可以認為，內存供應商已成為AI硬件供應鏈中的重要合作夥伴。目前只有SK海力士、三星和美光三家公司生產HBM。

HBM，「缺」字當頭

與此同時，受生成式AI大模型等領域的驅動，HBM逐漸發展成為新興熱門產業之一，隨著上遊客戶不斷髮出新的需求，目前HBM市場正釋放出供不應求的信號。

根據TrendForce預估，2024年HBM需求比特數年增率將接近200%，2025年將再度翻倍。

搶了一年多的HBM產能，還是「缺」字當頭。

存儲原廠2024年、2025年的HBM產能已被預訂一空，訂單能見度甚至直達2026年一季度。

行業分析指出，短期內HBM市場存在供需缺口，預計今明兩年HBM缺口將分別達到產能的5.5%和3.5%。

針對當前行業現狀和趨勢，HBM產能緊張的問題日益凸顯，很多高性能GPU的產能上不來，很大程度上就是因為HBM不夠用了。

面對這一挑戰，廠商們紛紛加速產能擴張步伐。

SK海力士在這場HBM競逐中，至今仍保持著領先身位，同時也在規劃產能的大幅擴產。據瞭解，SK海力士正全力推進第5代1b DRAM的產能提升，計劃將月產能從年初的1萬片激增至年底的9萬片，到明年上半年進一步提升至14萬至15萬片，實現產能的飛躍式增長。

三星也不甘示弱，在其HBM3攻入英偉達供應鏈之後，HBM3e供應卻頗為坎坷，受限於散熱、功耗等方面，產品至今仍未敲開英偉達大門。但這家南韓公司早些時候曾表示，預計今年HBM產能將實現近三倍的擴張。

美光則在美國本土與海外雙線佈局，建設先進的HBM測試線，並考慮在馬來西亞增設生產基地，以捕捉AI時代帶來的巨大市場需求。美光目標是在2025年將HBM市佔率提高兩倍以上，達到20%左右。之前公司還計劃在日本廣島新建DRAM廠，預計2026年初動工、最快2027年底完工。

能看到，三大存儲芯片巨頭均展現出對HBM產能擴張的堅定決心。尤為值得注意的是，SK海力士宣佈，預計到2028年將投資748億美元，其中八成資金將傾注於HBM技術的研發與製造，並加速推進下一代HBM4芯片的量產至2025年。

市場調研機構TrendForce在近期的行業研討會上指出，隨著全球前三大HBM廠商持續擴大產能，預計2025年全球HBM產能將同比大漲117%。

供不應求的供需關係背後，HBM供應商們個個賺得盆滿缽滿。甚至在前幾年存儲市場數個季度持續低迷的態勢下，HBM業務仍表現亮眼，成為拉動存儲廠商需求提升的關鍵。

這也意味著，AI應用對HBM的不斷增長的需求為內存供應商帶來了更穩定、不斷增長的市場，有可能降低內存行業的歷史週期性。

目前TrendForce對DRAM產業展望維持不變，預估2025年HBM將貢獻10%的DRAM總位元產出，較2024年增長一倍。由於HBM平均單價高，估計對DRAM產業總產值的貢獻度將突破30%。

此外，在三星的規劃中，計劃從其DRAM產能中調撥約30%用於生產HBM，這可能導致全球DRAM供應量減少13%，從而推高市場價格。

而對於NAND Flash市場，TrendForce表示，NAND Flash供應商經歷2023年巨額虧損後，資本支出轉趨保守。AI應用對高速、大容量儲存的需求日益增加，也將推動Enterprise SSD(eSSD)市場的蓬勃發展。不過，DRAM和HBM等存儲產品需求受惠AI浪潮，將排擠2025年NAND Flash設備投資。

根據TrendForce集邦諮詢最新調查，NAND Flash產品受2024年下半年旺季不旺影響，wafer合同價於第三季率先下跌，預期第四季跌幅將擴大至10%以上。模組產品部分，除了Enterprise SSD因訂單動能支撐，有望於第四季小漲0%至5%；PC SSD及UFS因買家的終端產品銷售不如預期，採購策略更加保守。TrendForce集邦諮詢預估，第四季NAND Flash產品整體合同價將出現季減3%至8%的情況。

TrendForce集邦諮詢同時指出，在模組廠庫存過高和部分原廠削價競爭下，第四季NAND Flash wafer合同價將出現較大幅度衰退，預估季減10%至15%，且不排除擴大趨勢。

二、存儲芯片，格局生變

HBM，改變存儲芯片市場格局

HBM產能爭奪的背後，還存在更為激烈的技術競賽，影響著芯片格局的走向。

長期以來，三星都是存儲芯片領域的霸主。然而，如今在HBM熱潮下，三星遭前後夾擊，正在從此前的存儲芯片領導者變成追隨者。

三星電子正處於失去存儲芯片榜首頭銜的邊緣，一方面需要艱難地追趕競爭對手SK海力士，同時還需要抵禦快速追趕的中國企業。

儘管三星電子報告稱，2024年第三季度的營業利潤增長了274%，但該公司目前正處於危機狀態。迫在眉睫的危機導致三星芯片負責人全英賢（Jun Young-hyun）發表前所未有的道歉，承認未達到市場預期，並對組織進行徹底改革。

這些財務狀況的背後隱藏著一項正在瓦解的半導體戰略，以及報告的利潤掩蓋了更深層次的問題，包括錯失的市場機會、競爭挫折以及暗示內部動盪的領導層變動，給這家南韓科技巨頭帶來了嚴峻挑戰。

三星合規委員會在年度報告中也承認，三星目前處境艱難，必須應對世界各地不可預測的快速變化的經濟狀況、員工信心的喪失、招聘人才的困難以及技術挑戰，正在打一場硬仗。

三星困境的核心在於其半導體業務的一系列失誤。三星在AI芯片領域的表現不佳，導致其股價今年以來下跌超過20%。三星曾向投資者承諾在12層HBM3E芯片等技術上投入巨資，並希望其HBM3E芯片能獲得AI芯片巨頭英偉達的批準，但目前還沒有跡象顯示三星最新的HBM產品很快就會通過英偉達的資格測試。

據悉，由於散熱問題和功耗過高，三星12層HBM3E產品的驗證方面受到了阻礙。英偉達作為AI硬件領域的領先企業，以對供應商的嚴格要求而聞名。在幾個月內未能按時交貨和問題未得到解決之後，英偉達似乎已經從SK海力士購買了大量HBM3和HBM3E產品。

可以預見，在由AI推動的快速增長的內存市場中，失去英偉達等關鍵客戶可能會是一個巨大的挫折。

在三星解決其技術問題的同時，SK海力士和美光抓住了這一機會，將自己打造為科技行業首選的12層HBM3E內存供應商。這種情況損害了三星作為內存芯片領導者的聲譽，並可能對其造成長期影響。

據悉，SK海力士目前是英偉達第四代和第五代HBM3和HBM3E的唯一供應商，而三星仍在進行資格測試。可見，三星這些努力並沒有達到預期，讓競爭對手獲得了優勢。

TrendForce表示，從HBM產品類型來看，由於英偉達自Blackwell GPU開始，新產品會逐步轉往12層HBM3e，2025年HBM3e將取代HBM3成主流產品，佔整體HBM市場需求的89%，其中12層堆疊產品將佔比過半，成為明年下半年各大AI廠商競相爭奪的主流產品，其次為8層HBM。

這意味著三星或將繼續被拉大差距。

不久前，英偉達創始人黃仁勳宣佈，將英偉達的AI芯片更新週期從兩年壓縮至一年。換言之，這一策略不僅意味著GPU需要適應這樣迅速的迭代，也敦促著包括存儲芯片在內的供應商提高技術演進的速度。

SK海力士近日已開始將混合鍵合應用於3D DRAM的量產。TSV+堆疊鍵合工藝為當前HBM理想方案；但隨著堆疊層數增加，散熱要求增加，混合鍵合有望成為下一代HBM4方案。

除了SK海力士之外，三星電子先進封裝團隊也已完成了採用16層混合鍵合HBM內存技術驗證，未來16層堆疊混合鍵合技術將用於HBM4內存量產。

然而，製造HBM芯片需要大量先進技術，但前提條件是DRAM的品質和成本，而這取決於其良率。DRAM的良率對於HBM來說至關重要，因為如果不符合標準，HBM的成本和處理時間將不可避免地惡化。

DRAM合格後，接下來就是公司將採用哪種封裝和鍵合技術來決定HBM的性能。三星電子和SK海力士都在採用1b納米製程技術（相當於12納米範圍）用於HBM3E的DRAM。良率通常是每家存儲廠商的保密數據，但據透露，三星電子的1b納米DRAM的良率明顯低於SK海力士。

另一方面，隨著中美競爭的升級，中國存儲芯片製造商多年來一直在努力實現芯片技術獨立，中國存儲芯片製造商擴大市場份額的速度也越來越快，三星電子也面臨著新的挑戰。

根據集邦諮詢發佈的數據，中國芯片製造商在DRAM市場的市佔率預計明年第3季將達到10.1%，高於今年的6%。摩根士丹利最近的一份報告預計，國內DRAM存儲大廠今年的DRAM產量將超過10%，並預測中國廠商對傳統DRAM市場的入侵將會更快。

三星，「寒冬將至」？

現代證券研究中心主管Noh Geun-chang表示，由於AI相關的半導體需求旺盛，半導體整體市場不會有寒冬，但唯獨對三星而言，寒冬已至，因其未能證明在HBM領域上的競爭力。

三星電子投資人也正經歷艱難時期。據悉，7月初三星電子股價上漲至8.7萬韓元，至10月11日已跌至5.93萬韓元。讓投資人不安的不僅是股價下跌，因為股價是根據市況而波動，股價走勢表明三星電子的競爭力已亮起紅燈。

不僅是HBM領域，三星的另外兩大業務智能手機與晶圓代工也全都面臨嚴峻競爭。

若以美元計算，這家芯片巨頭10年的銷售成長率每年平均僅1%。除了2017年收購汽車設備大廠Harman外，三星的業務沒有變化太大。對於一家10年來銷售相同產品，且銷售停滯的公司而言，股市幾乎沒有給予高度評價的空間。

為了應對這些挑戰，三星近期進行了重大的公司重組。內存、代工廠、系統LSI和製造部門的高管均被替換，新領導層被任命擔任關鍵職務。雖然三星將此舉作為一項戰略舉措，以表明其認真對待這些問題。然而，僅僅更換管理層可能不足以解決產品交付和質量方面的根本問題。

今年5月，在由台積電主導的晶圓代工領域，三星曾試圖通過承諾比台積電更出色的性能來吸引AMD、蘋果等客戶。然而，由於三星生產良率較低，現實情況並不樂觀，持續的產量問題已經擾亂了生產代工業務，導致AMD和Apple等潛在客戶轉而依賴台積電。

三星當前的目標是提高良率，重新贏得客戶信任，並證明三星的代工雄心是可信的。但鑒於台積電在先進節點製造領域的良好聲譽和穩定表現，這對三星來說將是一個挑戰。

在DRAM技術上三星也面臨著艱巨的任務，即糾正HBM3E問題並確保三星能夠提供符合Nvidia嚴格標準的產品。據報導，這一目標迄今為止難以實現，其首要任務包括解決熱量和功耗問題，並防止三星HBM在未來迭代中遭遇類似的挫折，保持領先於市場趨勢對於重新獲得競爭優勢至關重要。

總的來說，這些問題對三星的半導體部門來說都是重大障礙。

無論是英偉達決定與SK海力士合作，還是AMD、蘋果等公司的芯片轉投台積電，這不僅意味著三星失去了一次合作的機會；同時也是向業界表明，三星可能不再是曾經的可靠內存供應商和晶圓代工廠。

SK海力士和美光正在用HBM芯片滿足AI市場的旺盛需求，而三星仍在努力應對技術問題和延遲；台積電則在代工業務方面的表現優於三星，持續向客戶交付3nm芯片，而三星仍陷入良率的問題中焦頭爛額。

因此，要想改變現狀，三星必須解決影響其HBM內存的熱量和功耗問題、提高3nm生產良率等問題外，更重要的是要重建客戶信任：要重獲行業主要參與者的信任，就需要始終如一、可靠的表現。三星可能需要採取少承諾、多兌現的策略，專注於兌現承諾，而不是僅做出大膽的宣稱。

但三星最終能否克服這些挑戰？如今預測還為時尚早。

但其前進的道路一定充滿艱辛，競爭對手已經在關鍵市場佔據了強勢地位。然而，半導體行業瞬息萬變，只要製定正確的戰略並完美執行，三星就能努力重奪領導地位；如果不能有效解決當前的缺陷，三星可能會在其曾經佔據主導地位的市場中淪為次要位置。

三、寫在最後

如科創板日報所言：回望11年前，SK海力士就已首次製造出HBM，兩年後迎來第一位客戶AMD。但在此之後，HBM因價格高昂，再鮮見客戶買賬，沉寂多年以致一度被看作是「點錯了科技樹」。

如今，英偉達一片GPU終於為HBM「正名」，整個行業都在追趕HBM的進度。畢竟，在AI硬件軍備賽中，時間就是生命，落後就意味著淘汰。

在HBM技術的征途上，一場沒有硝煙的戰爭正在上演，也見證著芯片市場競爭格局的重塑。