HBM是什么？为何成为人工智能时代的“明星”技术？

韩国存储器大厂SK海力士日前宣布，将与台积电密切合作，共同推进下一代HBM（高带宽存储器）的研发。双方计划于2026年量产第六代HBM产品HBM4，并已签署合作备忘录（MOU）。此次合作旨在结合SK海力士的HBM产品与台积电先进逻辑工艺，为客户提供更高效、更定制化的解决方案。

随着人工智能浪潮的兴起，HBM作为一种关键技术，受到行业高度关注。究竟HBM是什么？相较传统DRAM（动态随机存取存储器），HBM有哪些显著不同？为何它会成为引领行业变革的重要力量？

什么是HBM？与传统DRAM有何区别？

简单来说，性能越强的人工智能处理器，越需要高效的存储器支持。美光副总裁普拉文·瓦伊迪亚纳坦（Praveen Vaidyanathan）指出，芯片性能与存储器的带宽和容量密切相关。随着大语言模型（LLM）参数规模的增长，高带宽存储器成为不可或缺的技术。

HBM是一种通过3D IC先进封装技术堆叠DRAM芯片制成的高带宽存储器，其原理类似于“搭积木”，通过多层堆叠提升带宽和存储容量。与普通DRAM不同，HBM并非替代技术，而是一种针对高端应用需求衍生的创新存储器。

例如，《SemiAnalysis》指出，GPT-4包含约1.8万亿个参数，仅依靠传统存储器难以满足其处理需求，而HBM凭借更大容量和更高数据传输速率，成为推动人工智能发展的理想选择。

HBM技术的三大难点

尽管HBM听起来概念简单，但其实现过程存在诸多技术挑战。瓦伊迪亚纳坦总结了三大核心难点：

1. 厚度控制
   HBM的厚度仅为人类头发的一半，每层DRAM芯片需要极其精细的加工。随着堆叠层数的增加，芯片厚度必须进一步减薄，这对存储器制造商的工艺能力提出了严苛要求。

2. 晶圆堆叠精度
   HBM的封装工艺要求将多层DRAM晶圆精确对齐后再切割成芯粒，同时在硅晶圆上打穿通孔（TSV），用以导电。这些通孔的尺寸略大于细菌，工艺精度稍有偏差，就可能导致产品失效。

3. 散热问题
   HBM通过将存储器和处理器（包括CPU和图形处理器）封装在同一芯片中，大幅缩短两者之间的距离。但这也增加了散热难度，封装技术的重要性因此进一步凸显。

HBM的应用领域：从AI服务器到自动驾驶

由于技术门槛高、成本昂贵，HBM自2013年问世以来，最初并未被广泛采用。然而，随着人工智能的普及，HBM逐渐成为行业核心技术。目前，AI服务器是HBM最大的市场。例如，英伟达的AI处理器对HBM需求巨大，其最新款HBM3e已通过验证，并有传闻称英伟达已支付数亿美元预付款以确保供应。瓦伊迪亚纳坦表示：“AI服务器所需的存储器容量是传统服务器的5至6倍。”

未来，HBM在自动驾驶领域也将扮演重要角色。Mordor Intelligence的报告显示，自动驾驶和ADAS（高级驾驶辅助系统）的发展正在显著推动HBM需求增长。预计未来10年，AI服务器与车载应用将持续拉动HBM市场。

HBM市场竞争：技术与市场份额之争

HBM的兴起引发存储器巨头之间的激烈竞争。目前，SK海力士以近50%的市场份额居首，三星和美光分别占据约40%和10%。三星计划在2024年扩大HBM产能以追赶海力士，而美光则希望通过技术创新实现市场突围。

在制程工艺方面，HBM与芯片制造类似，采用代际迭代。当前，海力士与美光的HBM3e产品采用1β制程，相较三星的1α制程更为先进。这一技术优势可能成为美光抢占市场的重要利器。

然而，HBM最大的挑战依然是良率问题。尽管HBM售价高出DRAM十倍以上，其商业潜力吸引存储器厂商不断攻克良率难题。预计2026年推出的下一代HBM产品将采用16层堆叠技术，对先进封装和良率提出更高要求。

未来展望：HBM如何改变存储器市场格局？

随着人工智能技术的不断发展，存储器的重要性日益凸显。HBM作为一项颠覆性技术，不仅引领存储器行业的全新战局，还可能重塑全球存储器市场格局。在AI时代，高带宽存储器将成为驱动技术进步的重要引擎，推动存储器从传统的“配角”转变为核心角色。