一文看懂HBM产业链
11月17日周五，HBM概念股持续活跃，华海诚科、中富电路20CM涨停，壹石通涨超16%，联瑞新材、赛腾股份等跟涨。
消息面上，AI引爆HBM存储芯片需求，英伟达新一代AI芯片H200搭载HBM3e，存储三大巨头争相推进HBM扩产，三星、SK海力士计划将HBM产量提高至2.5倍。
根据方正证券在最近的报告中的介绍，AI算力需求量开始上涨打开HBM市场空间，2022年全球HBM市场规模约为36.3亿美元，预计至2026年市场规模将达127.4亿美元，CAGR达37%。当前HBM市场三分天下，SK海力士技术领先，三星、美光正加速追赶。
其中，TSV为HBM核心工艺，电镀、测试、键合需求也将提升。到2026年，先进封装和高端互联应用中电镀材料市场规模预计超过12亿美元。同时HBM高带宽特征拉动键合需求，推动固晶步骤和固晶机单价提升。
HBM具有高容量、高带宽、低延时与低功耗等优点，历经多次迭代后性能得到多维提升。
HBM（High Bandwidth Memory）即高带宽存储器，属于图形DDR内存的一种，利用先进的封装方法（如TSV硅通孔技术）垂直堆叠多个DRAM，与GPU通过中介层互联封装在一起。
而基于TSV工艺的DRAM堆叠技术则明显提升了带宽，并降低功耗和封装尺寸。根据SAMSUNG，3DTSV工艺较传统POP封装形式节省了35%的封装尺寸，降低了50%的功耗，并且对比带来了8倍的带宽提升。
成本方面来看，HBM由于其复杂的设计及封装工艺导致产能较低同时成本比较高，HBM的平均售价至少是DRAM的三倍，此前受ChatGPT的拉动同时受限产能不足，HBM的价格一路上涨，与性能最高的DRAM相比HBM3的价格持续上涨了五倍。
HBM虽然价格远高于普通DRAM，但相对于同样靠近处理器的SRAM价格更低。随着工艺成熟度提高带来的产能释放，其显著的尺寸及低能耗优势或将成为驱动HBM进入高端消费领域尤其是移动领域应用的重要力量。
HBM产品问世至今，HBM技术已发展至第四代，第五代HBM3E已在路上。随着AMD、英伟达等推出的GPU竞相搭载HBM芯片，HBM正成为HPC军备竞赛的核心。
CPU处理的任务类型更多，且更具随机性，对速率及延迟更为敏感，HBM特性更适合搭配GPU进行密集数据的处理运算。考虑到HBM的内存带宽大但容量相对小，而DDR一般容量相对大但内存带宽小，根据不同场景将DDR和HBM搭配使用，可提供更为灵活的内存运算形式。
展望未来，HBM市场规模快速地增长，HBM3份额将持续大幅度的提高。方正证券预计：
具体来看，TSV为核心工艺，电镀、测试、键合需求将提升，相关电镀材料市场规模有望进一步增长，同时也将推高固晶步骤和固晶机单价。
TSV（Through-Silicon-Via，先进封装工艺中的重要一环）为HBM核心工艺，HBM一定要通过TSV来进行垂直方向连接，该环节成本占比接近30%。
进一步来看，TSV通孔填充对性能至关重要，铜为主流填充材料。TSV加工流程包括孔成型、沉积绝缘层、减薄、电镀、CMP等。其中，铜凭借其超低电阻率和成本，被认为是最合适的填充材料。
TSV成本结构中通孔填充占比25%，先进封装驱动电镀市场持续增长。TSV工艺中，通孔蚀刻占比最高，为44%，其次为通孔填充和减薄，分别为25%和24%。TECHCET预计先进封装和高端互联应用中，电镀材料全球市场规模2022年接近10亿美元，到2026年预计超过12亿美元。
目前，英伟达H100GPU订单已排至2024年，CoWos成HBM重要瓶颈。HBM的高焊盘数和短迹线D先进封装技术，以实现密集的短连接。而全球先进的封装厂商虽能够给大家提供类似于CoWos的解决方案，但硅中介层仍需外购，这也进一步加大了AI芯片厂商对台积电CoWos的需求。
HBM有必要进行KGSD（KnownGoodStackedDie）测试，拉动测试需求。传统的DRAM测试流程包括晶圆级和封装级测试，晶圆级测试由老化测试、冷/热测试和修复组成，而HBM有必要进行额外的预键合测试，以检测电路中的缺陷。除此以外，针对HBM中的TSV、散热问题均有必要进行额外的测试，而HBM底部的Basedie也有必要进行逻辑芯片的测试，测试需求相较于传统DRAM大幅度的增加。且由于HBM的I/O密度远大于DRAM，测试方案也要重新开发。
随着存储芯片的制造节点不断缩小，封装尺寸和凸点间距也需要相应缩小，TCB/混合键合技术正在得到慢慢的变多的青睐。混合键合推动键合步骤和设备单价增加。
目前HBM市场格局三分天下，海力士领先。根据TrendForce，2022年全年SK海力士占据了HBM全球市场规模的50%。其次是三星，占40%，美光占10%。
TrendForce预测，今年海力士和三星的HBM份额占比约为46-49%，而美光的份额将下降至4%-6%，并在2024年进一步压缩至3%-5%。
MR-MUF是海力士的高端封装工艺，在芯片和芯片之间使用一种称为液态环氧树脂塑封的物质填充并粘贴。对比NCF，MR-MUF能有效提升导热率，并改善工艺速度和良率。除了MR-MUF技术，SK海力士还在积极布局各种封装技术，包括混合键合（HybridBonding）以及Fan-outRDL（扇出型重新分配层）等多项技术。
23年4月，SK海力士实现了全球首创的12层硅通孔技术垂直堆叠芯片，容量达到24GB，比上一代HBM3高出50%，SK海力士计划在今年年底前提供HBM3E样品，并在2024年开始量产，公司将HBM4的生产目标定在了2026年。
为了应对HBM市场的需求，三星电子建设新的HBM封装线亿韩元，预计在新的封装线上大规模生产HBM，并且正在投入量产8层、12层的HBM3产品。
三星预计将在2023年Q4开始向北美客户供应HBM3，HBM3销售额在三星DRAM总销售额占比预计将从2023年的6%提升到2024年的18%，并将在2023下半年推出具有更高性能和更大容量的HBM3P，在2024Q1推出12层HBM3E的样品，在2025年实现HBM4的量产，逐步提升HBM的性能和容量。
方正证券认为，三星的优点是作为存储厂商和晶圆代工厂，既提供了HBM方案也提供了多HBM封装方案，一站式的方案有助于收获更多订单。三星提供了2.5D和3D在内的丰富的先进封装交钥匙解决方案。
美光预计在24年量产HBM3E，供应英伟达下一代GPU，同时还有多代产品研制中。方正证券指出：
在2024年通过HBM3E实现追赶，预计其HBM3E将在2024Q3或者Q4开始为英伟达的下一代GPU供应。
除了即将推出的HBM3Gen2产品之外，美光还宣布已经在开发HBMNext内存，预计在2026年推出，该HBM将为每个堆栈提供1.5TB/s–2+TB/s的带宽，容量范围为36GB至64GB。
本文选取自方正证券《先进封装专题二：HBM 需求井喷，国产供应链新机遇》，分析师郑震湘（登记编号：S04）、佘凌星 （登记编号：S05）
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