HBM技术的发展如何推动台积电与三星的合作

虽然时光无法倒流，但若回顾几十年前，连英特尔、台积电等半导体巨头都难以预见，HBM（High Bandwidth Memory）及曾经衰退的DRAM产业会成为当下最热门的话题。
今年4月，韩国HBM领头羊SK海力士与中国台湾台积电在最新一代高频宽记忆体HBM4的合作已足够震撼。到了9月的SEMICON Taiwan展会，三星与台积电合作开发无缓存HBM4的消息，更印证了人工智能驱动的异质整合的力量。这一合作不仅打破了记忆体与逻辑芯片之间的界限，也超越了台韩半导体间的新旧矛盾。
在全球半导体的近代史上，美、台湾地区、韩三方的角逐一直是关键主轴。其中，台积电与三星的关系尤为复杂。台积电于2000年退出标准DRAM市场的决定，与三星在记忆体领域的强大不无关系。此外，两家公司在芯片代工领域的激烈竞争，及研发大将梁孟松于2010年代转投三星，进一步加深了两者间的矛盾。
多年之前退出存储器市场的台积电，如今却通过与客户的技术研发合作，将触角从人工智能芯片中的SoC、GPU等扩展至基础裸芯片代工，在HBM市场中取得了更长远的发展，甚至让宿敌三星不得不与之合作。
HBM，即高频宽存储器，是人工智能时代进行高速运算和训练语言模型的关键组件。这项新兴的高速存储器接口技术通过3D堆叠封装，将DRAM芯片垂直堆叠，并通过硅穿孔（TSV）方式互连，从而提升存储器频宽，同时降低功耗和体积，因此非常适合人工智能服务器等应用。人工智能时代对高速运算的迫切需求，也使得原本在记忆体市场落后于三星的SK海力士，借助英伟达的推动迅速崛起。
随着HBM的迭代演进，第六代HBM4预计将在2025至2026年间进入量产。几项重大变革促使记忆体厂商寻求专业芯片代工厂的合作。首先，三星和SK海力士都表示，HBM4将进入“定制存储器”时代，HBM产品需要根据客户需求添加更多功能，而基础裸芯片（Base Die）是其中一个可以发挥的领域。
SK海力士资深副总裁李康旭在SEMICON期间表示，标准HBM与定制HBM使用的核心芯片（Core Die）基本相同，主要区别在于基础裸芯片（Base Die），客户希望在定制HBM的Base Die中加入特殊IP，以进一步提升芯片效率。
这也带来了HBM4与前几代HBM的最大不同：搭载于HBM封装最底层的Base Die，从原本由记忆体公司自行生产，改由芯片代工厂以先进逻辑制程生产。
以SK海力士与台积电的合作为例，在HBM3e之前，HBM的Base Die都由SK海力士自行制造。但从HBM4开始，制造将外包给台积电，预计将使用5纳米、12纳米等先进制程进行生产。
尽管三星在HBM3和HBM3e的进展上落后于SK海力士和美光，其实有能力提供从记忆体生产到代工和先进封装的一条龙服务。曾有传言称三星会用自家芯片厂的4纳米制程生产HBM4的Base Die。然而，为了进一步整合英伟达、谷歌等主要客户要求的定制功能，最终还是选择与具备先进制程能力的台积电合作，共同研发所谓的“无缓存HBM4”。
面对作为人工智能芯片核心的HBM，能够进行高速数据传输的角色，三大半导体企业因对DRAM的立场及运营布局不同，迎来了不同的机遇。与台积电的成功和三星的努力不同，1970年开发出全球第一颗1K bit DRAM芯片的英特尔，在1985年被日商挤出DRAM市场后，专注于推进集成电路领域和先进制程投资，但因未能扩展代工业务，无法跟上移动通信、人工智能等应用的崛起，难以重现昔日辉煌。
随着人工智能推动HBM的崛起，半导体的下一个风口将会是什么？虽然这个问题短期内难以回答，但可以肯定的是，能够掌握整合型技术的企业，将有可能成为行业的王者。