德媒分析：英偉達芯片強在哪裡

【德媒分析：#英偉達芯片強在哪裡#】據德國《商報》網站近日報導，黃仁勳在最近享受了電影明星般的待遇。這位英偉達公司老闆像往常一樣穿著黑色皮夾克，所到之處都有路人向他歡呼並自拍留念。有媒體稱其為「仁勳狂(Jensenity)」。這是一個文字遊戲，出自這位億萬富翁的名字「Jensen」和英文單詞「瘋狂(insanity)」。

就像泰萊·斯威夫特(黴黴)的粉絲們熱衷討論她的音樂一樣，許多人也在討論全球最有價值的芯片製造商——英偉達的圖形處理器(GPU)的細節。最熱門的問題之一就是所謂的「高帶寬存儲器」(HBM，即High-Bandwidth Memory)。

性能強大

目前，英偉達完全從南韓SK海力士公司採購這種性能超強的存儲芯片。黃仁勳在被問到：「(南韓)三星什麼時候也能成為供應商？」這位英偉達老闆的回答很圓滑。

就在幾天前，他短短的一句評論就讓這家SK海力士的國內競爭對手股價飆升。黃仁勳當時說：「HBM對英偉達極其重要，我們目前正在迅速擴張。三家供應商都很優秀。SK海力士自不必說，還有美光和三星。」

但專家們知道，三星及其美國競爭對手美光尚難以跟上步伐。SK海力士是全球第六大半導體廠商，也是目前唯一的高性能存儲芯片製造商。只有它能滿足英偉達的技術要求。

SK海力士的股價因此在過去一年增加了幾乎兩倍。它目前市值超過1080億美元。投資銀行傑富瑞集團的芯片專家白賴仁·柯蒂斯說：「沒有HBM，GPU根本就賣不出去。」他也看出了問題：「HBM一整年都將供不應求。」

HBM芯片到底是什麼？為什麼它對人工智能如此重要？這些問題引起了股東們的思考，也揭示了芯片行業的國際依賴性——SK海力士在其中扮演著關鍵角色。

商業模式

英偉達首席執行官黃仁勳掌管著目前最重要的人工智能公司。要訓練和運行開放人工智能研究中心(OpenAI)的GPT-4或Google的「雙子座」等人工智能模型，英偉達的GPU不可或缺。

英偉達的市值超過3萬億美元，是全球最有價值、最強大的公司之一。今年一季度，它的營業額飆升262%，利潤甚至上漲了628%。美國投資銀行高盛公司數月前曾稱英偉達是「地球上最重要的一隻股票」。

英偉達的成功讓一種多年來鮮有人問津的半導體類型——存儲芯片——成為焦點。它曾經被視作大宗商品，是個人電腦和手機中更換便捷的部件。因此直到不久前，其相關業務還是純粹走量。

這也意味著，在經濟形勢好的時候，製造商們能撈取大量利潤，而在差的時候，它們則在嚴重虧損中掙扎。在漫長而痛苦的淘汰過後，全球只剩下三家大型製造商：南韓的三星和SK海力士，以及美國的美光。

但英偉達的GPU正在改變整個行業的商業模式。市場對GPU的需求似乎無法滿足：它是人工智能的引擎，但必須由強大的存儲芯片提供支持。因為神經網絡需要處理大量數據，必須儘可能快速、高效地提供。為了做到這一點，數據要儘可能靠近芯片——這正是HBM能做到的事。

節省空間

高德納諮詢公司分析師什里什·潘特解釋說，只有存儲芯片提供了足夠的數據，GPU不斷增強的算力才能發揮作用。他用一個簡單的比喻作了說明：「這就好比一輛時速可達200公里的跑車，如果輪胎的設計時速只有50公里，那麼再強勁的發動機也沒用。」

目前，分析師們在說起英偉達時總會談及HBM。因為供應瓶頸正在拖累英偉達這個股市明星。以SK海力士為首的存儲芯片廠商成了關鍵供應商。潘特說：「HBM不容易買到現貨。」他稱，製造商和客戶必須密切合作。

黃仁勳最近明確表示，希望能盡快找到SK海力士的替代品。但他也稱這並不現實：「我們必須有耐性。」為什麼供應如此緊張，為什麼一家供應商不容易成為另一家的補充？

這需要回顧過去。2008年，英偉達的競爭對手超威半導體公司(AMD)著手開發HBM。GPU所需的存儲芯片會消耗大量能源，這在那時就已顯現出來。專家們將這種芯片稱為動態隨機存取存儲器(DRAM)。這會產生高昂的運營成本，還給芯片設計人員出了難題：必須絞盡腦汁冷卻這個「耗電大戶」。超威的管理層當時還在擔心其他問題：將DRAM排列在一起需要更大的電路板。這既昂貴又不現實。

存儲芯片有兩種類型：一種是閃存芯片，即使設備斷電也不影響其中存儲的數據；另一種就是DRAM，它純粹是工作存儲器。HBM芯片屬於DRAM，是全世界最暢銷的一種存儲芯片。

多年來，超威一直委託SK海力士生產HBM芯片。2015年，這家南韓公司開啟批量生產。同年，超威首次將HBM與GPU並排使用。次年，英偉達跟進，推出了第二代產品HBM2。

HBM的特別之處在於，多個DRAM芯片可垂直堆疊。這樣就能在節省空間的同時安裝儘可能多的存儲器。數據通過極細的數據傳輸線路來回傳輸。因此，GPU可以比使用傳統DRAM芯片時調用更多的數據。

若幹個這樣的堆棧通過所謂的矽中介層直接與GPU相連，且比以往更緊密——以前數據是通過電路板繞行的。這使得GPU能夠更快地調用信息。

三星電子副總裁崔璋石在解釋它的優勢時說：「與傳統雙倍速率DRAM相比，HBM的性能提高了320多倍，能效提高了70%。此外，它的小封裝可與CPU和GPU緊密集成。」CPU(中央處理器)是所有計算機的計算大腦。

產能不足

預計存儲芯片不久將變得更加出色。HBM起初由4層DRAM芯片組成。製造商目前推出了第三代產品HBM3，它通常使用12層DRAM芯片。

SK海力士是遙遙領先於第二名三星的全球最重要HBM製造商。法國祖爾情報公司的分析師稱：「自2013年以來，SK海力士一直是HBM開發和市場化的先驅，目前以約55%的銷售份額領跑市場。」三星的份額為41%；美光2020年才涉足該業務，目前正努力追趕南韓企業。

生產HBM的流程很複雜。就像建造高樓比建造獨棟房屋更難一樣，生產HBM也比生產普通DRAM要難。單個芯片必須通過複雜的工藝耦合。為了連接各個組件，還需要一種控制芯片。

從目前英偉達對三星的認證程序就能看出HBM有多複雜。三星公司在全球半導體市場排名第二，它的HBM3芯片至今仍未獲英偉達的批準。但崔璋石不以為意，認為這隻是暫時的。他最近說表示，「我們正積極與英偉達合作，在認證HBM3方面取得了良好進展」，但這是一個「龐雜的過程」。

摩根士丹利駐亞洲的半導體行業分析師尚恩·金預計，即使三星滿足了英偉達的質量標準，HBM今年也會明顯短缺。

根據祖爾情報公司的預測，儘管製造商今年的HBM產量將是2023年的兩倍，但(短缺)情況依舊。相關企業的銷售額將達到約140億美元。這一數字是人工智能熱潮開始前2022年全年的五倍。

但這仍無法滿足需求。芯片行業沒有料到市場對HBM的需求增長會如此迅猛。德國芯片設備製造商蘇斯微技術公司的羅伯特·萬寧格說：「它來得如此猛烈，出乎我們和半導體行業大部分人的意料。」

高德納的潘特表示，提高產量並不容易，因為生產的要求很高。例如，在性能相同的情況下，HBM需要遠大於普通DRAM芯片的晶圓面積。

這還不是全部。HBM的生產非常複雜，需要高精度的工具。潘特說：「產量仍然相對較低。」由於近年來存儲芯片業務不景氣，製造商對新工廠的投資也比往常少，(這導致)產能不足。

商機巨大

但現在技術在加速發展。鑒於人工智能的繁榮，製造商現在對HBM業務的投資比以往大幅增加。對於接下來的幾代產品，企業希望堆疊16個甚至20個DRAM芯片。為此，芯片必須連接得更加緊密，否則元件高度就會超標。

蘇斯微技術公司正在開發生產未來幾代HBM所需的設備。一項很有前景的技術是所謂的混合鍵合(Hybrid Bonding)：這是指在一個部件中生產、連接和封裝多個不同組件。該公司高管斯特凡·盧特爾解釋說，這有幾個好處：「通過混合鍵合可增加單位面積的觸點，直接堆疊芯片，無需中間層。」他稱，這增加了單位面積的數據吞吐量，可以更好地散熱，最終芯片可以堆疊得更多。

如果英偉達繼續製造更強大的GPU，這一點會非常重要。因此，萬寧格認為芯片行業將加快HBM創新的步伐。他預計：「隨著人工智能的發展，市場對算力的需求在未來幾年將呈指數級增長。」他表示，這將為芯片製造商帶來巨大的商機。

無論如何，製造商自己預計黃金時代將會到來。SK海力士已宣佈將投資近150億美元在南韓建設新工廠，以滿足快速增長的HBM需求。與此同時，SK海力士還耗資40億美元在美國建設一家所謂的後端工廠，以供芯片封裝和測試。這是美國第一家此類工廠。

但距離投產還需要幾年時間。因此，英偉達老闆黃仁勳還要依賴SK海力士一段時間。摩根士丹利分析師尚恩·金說：「三星能否獲得英偉達的認證具有決定性意義。」

黃仁勳最近圓滑地表示：「我們正在認真負責地認證(三星的產品)，並將盡快把它們整合到我們的生產流程中。」簡單來說，這意味著HBM的供應在可預見的未來仍將十分緊張。（編譯/梅鵬鵬）