"存储器全村希望”HBM是什么？

存储器长期以来，都不是太性感的产业，最常见的新闻就是跟“景气循环”写在一起。然而自AI需求崛起后，存储器大厂开始大幅占据科技新闻版面，并跟一组关键字紧密连动──HBM。HBM是高频宽存储器，作为重要的供应商，韩国HBM龙头SK海力士表现惊人，市值自2023年开始一路狂飙，4月1日突破千亿美元大关；股价也从2023年初累计至2024年的4月，暴增超过1.1倍。
从各方面来看，HBM让存储器厂迎来全新一波的成长动能，美国存储器巨头美光（Micron）更表示，HBM产能开出后便被订购一空。到底什么是HBM，为什么在AI时代成为众人追捧的关键？

美光副总裁暨运算与网路事业部运算产品事业群总经瓦伊迪亚纳坦（Praveen Vaidyanathan）指出，芯片性能表现与存储器的频宽和容量成正相关，随着大语言模型（LLM）参数量增加，也需要更高频宽存储器，AI处理器才能顺利运行。
HBM相较传统DRAM为“高频宽”存储器。高频宽就好比是高速公路，道路越宽可承受的车流量就越大，等于存储器能运送的资料量就越多；再加上HBM可简单理解为好几DRAM透过先进封装堆叠起来，传输快速以外储存空间也扩大。
《SemiAnalysis》指出，光GPT-4就含1.8兆个参数，想应用AI，就必须搭配像HBM这样容量更大、存取更快速的存储器，让参数可以轻易被传输与储存。不过HBM与一般DRAM之间并不存在取代关系，而是因为应用需求的不同，衍生出的技术。

HBM厚度仅能为人类头发的一半，意味着每一层DRAM的厚度都必须控制，研磨必须相当精细。瓦伊迪亚纳坦指出：“一旦堆叠层数越多，DRAM就必须做的更薄。”在这样的状况下，企业必须拥有更先进的DRAM制程才可能达成。
HBM的封装是将每一片DRAM晶圆叠齐后再做切割，切割下来的晶粒就是HBM。不过，制造商为让堆叠更薄，会在矽晶圆上穿孔并以金属物质填满，用以通电，藉此取代传统封装的导线架。这样的打洞技术则称为“矽穿孔（TSV, Through Silicon Via）。”倘若是堆叠4层的HBM，从晶圆堆叠切割前开始，就必须精准对齐矽穿孔（TSV），“切的时候也不能移位，否则不能导电。”瓦伊迪亚纳坦说。由于矽穿孔仅略大于细菌尺寸，需要非常精细的工艺才能做到。
HBM的应用有哪些？除了AI伺服器，还有哪些也会用到HBM？
由于技术难度高，HBM成本也相对高昂。早在2013年HBM就已经诞生，当时超微（AMD）找上海力士共同研发第一代HBM，却因价格太贵而鲜少被芯片业者采用，直至今日才因为AI应用而崛起。
芯片业者分析，虽然越先进的HBM价格越高，但只要效能够好、够省电，厂商当然愿重本采用。
目前来看，AI伺服器会是HBM最重要的市场，美光以及海力士的HBM3e已通过英伟达的验证，市场更盛传英伟达已支付数亿美元的预付款以确保供应。瓦伊迪亚纳坦指出：“AI伺服器所需要的存储器量，是传统伺服器的5～6倍。”
除此之外，未来自驾车市场也是HBM重要的应用场景。Mordor Intelligence在10月出版的一份报告中表示，自驾车与ADAS（自动驾驶辅助系统）正在推升HBM的需求。从这个情况看来，AI伺服器＋车用的HBM市场需求，可能将长达10年。

存储器巨头的HBM战争则早已开打。作为先进者的海力士，在2022年拿下近全球近5成HBM市占夺冠，居次的三星占4成、美光占1成。《BusinessKorea》指出，三星将在2024年积极扩产HBM以追上海力士脚步；看似落后的美光，则希望在HBM战局中，透过技术反超来吹响反攻号角。
如同台积电的3、5纳米，DRAM也有制程迭代，排序为1y、1z、1α（1-alpha）、1β（1-beta）和1γ（1-gamma），其中1β是当前已量产的最先进存储器，1γ则还未量产。若进一步比较，最新一代的HBM3e，三星采用的是1α制程，海力士与美光皆用1β制作，于技术上领先三星。投资银行分析师指出，美光是希望藉着HBM技术领先，抢攻市场龙头。
全球存储器市场长久以来三分天下，HBM受到重视后则开启全新战局，甚至可能扭转局势。在先进技术优先、成本其次考量的AI时代，存储器比起以往将扮演更重要的角色。