HBM在風(fēng)口，也在浪尖

作者：豐寧

據(jù)悉，美國(guó)商務(wù)部BIS將于本周四（11月28日）“感恩節(jié)假期前”公布限制中國(guó)科技發(fā)展的新出口管制措施，預(yù)計(jì)將有約200家中國(guó)芯片公司納入貿(mào)易限制名單，無法獲取美國(guó)公司的產(chǎn)品。

截至發(fā)文，未有出口管制措施發(fā)布。

緊接著，另一套限制高帶寬存儲(chǔ)(HBM)出口到中國(guó)的規(guī)定，也預(yù)計(jì)在12月間對(duì)外公布。該規(guī)定是更廣泛限制中國(guó)人工智能(AI)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一環(huán)。

AI的火熱，帶動(dòng)HBM大紅大紫的同時(shí)，也將其推到風(fēng)口浪尖上。

?01、HBM，站在風(fēng)口浪尖上

在AI快速發(fā)展的進(jìn)程中，AI 芯片對(duì)數(shù)據(jù)處理速度和帶寬要求極高。

HBM通過創(chuàng)新的堆疊式設(shè)計(jì)，將多個(gè) DRAM 芯片垂直堆疊并與 GPU 等緊密連接。這種結(jié)構(gòu)極大地縮短了數(shù)據(jù)傳輸路徑，顯著提升了數(shù)據(jù)傳輸速率，能高效滿足 AI 芯片在大規(guī)模數(shù)據(jù)運(yùn)算時(shí)對(duì)內(nèi)存帶寬的迫切需求。也正因此，HBM成為 AI 芯片實(shí)現(xiàn)高性能運(yùn)算不可或缺的關(guān)鍵組成部分。

早在今年8月就有消息稱，美國(guó)考慮出臺(tái)對(duì)華半導(dǎo)體限制新規(guī)，美國(guó)商務(wù)部BIS欲將 HBM2、HBM3和HBM3E在內(nèi)的更先進(jìn)的HBM芯片，以及制造這些芯片所需的設(shè)備納入出口管制范圍。

自 2022 年 10 月起，美國(guó)頻繁推出限制舉措，企圖截?cái)嘀袊?guó)獲取國(guó)外先進(jìn) AI 芯片的途徑，同時(shí)遏制中國(guó)內(nèi)部制造先進(jìn) AI 芯片的能力。HBM 作為高性能 AI 芯片不可或缺的關(guān)鍵部件，自然也被列入其限制范疇之內(nèi)。

近日，外交部發(fā)言人毛寧在答記者問時(shí)表示，中方一貫堅(jiān)決反對(duì)美方泛化國(guó)家安全概念，濫用出口管制措施，對(duì)中國(guó)進(jìn)行惡意的封鎖和打壓，這種行為嚴(yán)重違反市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)規(guī)律和公平競(jìng)爭(zhēng)原則，破壞國(guó)際經(jīng)貿(mào)秩序，擾亂全球產(chǎn)供鏈的穩(wěn)定，最終損害的是所有國(guó)家的利益。中方將采取堅(jiān)決措施，堅(jiān)定維護(hù)中國(guó)企業(yè)的正當(dāng)合法權(quán)益。

?02、被中傷的，有兩大存儲(chǔ)龍頭

目前，全球HBM市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局高度集中，SK海力士、三星與美光三家企業(yè)占據(jù)了主導(dǎo)地位。而談及為何被卷入風(fēng)波且受影響較大的主要有兩家存儲(chǔ)行業(yè)的領(lǐng)軍者，筆者則有必要為諸位回溯一番過往歷史。

在此之前，先來關(guān)注一下受到影響較大的這兩家存儲(chǔ)龍頭—SK海力士與三星。

SK海力士，卷入風(fēng)暴

10月，SK海力士發(fā)布了截至2024年9月30日的2024財(cái)年第三季度財(cái)務(wù)報(bào)告。財(cái)報(bào)顯示，得益于HBM的強(qiáng)勁需求，這家公司第三季度利潤(rùn)和營(yíng)收均創(chuàng)歷史新高。

SK海力士表示：“面向AI的存儲(chǔ)器需求以數(shù)據(jù)中心客戶為主持續(xù)表現(xiàn)強(qiáng)勢(shì)，公司順應(yīng)這一趨勢(shì)擴(kuò)大HBM、eSSD（企業(yè)級(jí)固態(tài)硬盤）等高附加值產(chǎn)品的銷售，取得公司成立以來最大規(guī)模的季度收入。尤其是HBM銷售額大幅增長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)環(huán)比增長(zhǎng)70%以上、同比增長(zhǎng)330%以上。”

SK 海力士雖未對(duì)外公布其 HBM 業(yè)務(wù)的關(guān)鍵收入來源，然而可以明確的是，前期SK海力士憑借其卓越的生產(chǎn)力和技術(shù)積淀，成功綁定了如英特爾、AMD等科技巨頭的HBM需求。而這些廠商所展現(xiàn)出的 HBM 需求規(guī)模頗為龐大，或許構(gòu)成了 SK 海力士 HBM 營(yíng)收的關(guān)鍵支柱。

然而，SK海力士的 HBM 營(yíng)收來源亦涵蓋了中國(guó)大陸市場(chǎng)的份額，雖其占比相對(duì)不明，但同樣在整體營(yíng)收格局中有著不可忽視的意義與影響。隨著美國(guó)對(duì)華出口管制持續(xù)加碼，中國(guó)發(fā)展AI所需的存儲(chǔ)芯片便開始更多的轉(zhuǎn)向了三星、SK海力士這兩大韓國(guó)廠商。特別是在擔(dān)憂美國(guó)將限制AI所需的HBM芯片對(duì)華出口的背景之下，中國(guó)廠商開始囤積HBM產(chǎn)品。這也進(jìn)一步推動(dòng)了三星及SK海力士在中國(guó)營(yíng)收的增長(zhǎng)。

今年上半年，SK海力士在各地區(qū)的銷售總額中，中國(guó)和美國(guó)的銷售占比分別高達(dá)29.8%和55.4%，合計(jì)占其總銷售額的85.2%。其中，來自中國(guó)的銷售額達(dá)到了8.6061萬億韓元（約合64.3億美元），是去年同期的3.88萬億韓元的兩倍多；在美國(guó)的銷售額達(dá)到了15.9787萬億韓元（約合119.4億美元），是去年同期5.47萬億韓元的近三倍。這一增長(zhǎng)得益于多種因素，包括內(nèi)存芯片價(jià)格的上漲以及對(duì)高性能存儲(chǔ)產(chǎn)品如HBM3E以及企業(yè)級(jí)SSD的強(qiáng)勁需求。如果實(shí)施 HBM 禁令，SK海力士在中國(guó)市場(chǎng)的業(yè)務(wù)拓展會(huì)受到阻礙，損失一部分潛在的營(yíng)收增長(zhǎng)機(jī)會(huì)。與此同時(shí)，或許另一家HBM龍頭——三星，面臨的挑戰(zhàn)要更大。

三星，或受重創(chuàng)

首先，如前文所述，SK 海力士將大量精力投注于國(guó)際廠商的 HBM 訂單應(yīng)對(duì)之中，如此一來，其源自中國(guó)大陸的收入占比相對(duì)有限。其次，在存儲(chǔ)領(lǐng)域三大巨頭之中，除 SK 海力士與三星外的那一家巨頭因特定緣由（后續(xù)會(huì)詳細(xì)闡述）未能在中國(guó)市場(chǎng)開展銷售業(yè)務(wù)。這般情形之下，便造就了三星占據(jù)中國(guó)大陸絕大部分HBM市場(chǎng)的局面。一旦相關(guān)禁令正式施行，三星于中國(guó)大陸的 HBM 業(yè)務(wù)必將深陷前所未有的艱難困境。不能在中國(guó)市場(chǎng)售賣 HBM 產(chǎn)品，這不僅會(huì)致使三星的業(yè)績(jī)表現(xiàn)大打折扣，還容易使其在國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程一系列連鎖反應(yīng)的沖擊下，丟失這一市場(chǎng)。財(cái)報(bào)顯示，2024年上半年，三星電子在中國(guó)市場(chǎng)銷售額翻倍，達(dá)到32.3萬億韓元，相比去年同期的17.8萬億韓元提升了約181%。這讓中國(guó)市場(chǎng)占三星整體營(yíng)收比重從21.74%擴(kuò)大至30.81%。

美光，影響最小

上文提到，因特定緣由未能在中國(guó)市場(chǎng)開展HBM銷售業(yè)務(wù)的這一公司，便是美光。美光受到的影響與另外兩家相比或是最小的。然而，從全球市場(chǎng)角度看，如果三星和 SK 海力士在中國(guó)市場(chǎng)受限，可能會(huì)引發(fā)全球存儲(chǔ)市場(chǎng)格局變化，屆時(shí)因?yàn)槿呛?SK 海力士的精力可能會(huì)更多地轉(zhuǎn)向其他市場(chǎng)，進(jìn)而間接影響美光的全球營(yíng)收。三星、SK海力士等韓國(guó)企業(yè)可能會(huì)因?yàn)橐蕾囉诿绹?guó)EDA廠商Synopsys、Cadence的設(shè)計(jì)軟件，以及美國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備大廠應(yīng)用材料的半導(dǎo)體設(shè)備，因而受到新規(guī)限制。

此前有報(bào)道稱，對(duì)于美國(guó)可能對(duì)HBM芯片銷售實(shí)施新的出口限制，韓國(guó)產(chǎn)業(yè)通商資源部通商交涉本部長(zhǎng)鄭仁教稱，韓國(guó)政府預(yù)計(jì)將就此事與美國(guó)進(jìn)行談判。鄭仁教表示，“當(dāng)三家（生產(chǎn)HBM芯片的）企業(yè)中有兩家是韓國(guó)企業(yè)時(shí)，（出口限制）就會(huì)對(duì)我們產(chǎn)生很大影響，在（美國(guó)）沒有發(fā)布任何官方聲明的情況下，我無法發(fā)表評(píng)論”。他同時(shí)稱，美方將與韓方合作，解決韓國(guó)企業(yè)的擔(dān)憂。

?03、制造HBM，有兩大難點(diǎn)

HBM生產(chǎn)的核心難點(diǎn)之一在于晶圓級(jí)先進(jìn)封裝技術(shù)，主要包括TSV、micro bumping和堆疊鍵合。HBM首先使用TSV技術(shù)、micro bumping技術(shù)在晶圓層面上完成通孔和凸點(diǎn)，再通過TC-NCF、MR-MUF、Hybrid Bonding工藝完成堆疊鍵合，然后連接至 logic die，封測(cè)公司采用cowos工藝將HBM、SoC通過interposer硅中介層形成互通，最終連接至基板。其中，HBM制造中TSV成本占比最高，直接決定良率。

TSV相較于傳統(tǒng)互連方式更有優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)方式是采取金屬布線和引線鍵合技術(shù)相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)互連封裝，其信號(hào)傳輸距離長(zhǎng)，信號(hào)損耗大，降低了通道和電路的可靠性。同時(shí)，平面層內(nèi)互連布線復(fù)雜，容易導(dǎo)致信號(hào)和某些器件之間相互干擾。此外，平面布線也占用了芯片一定的使用面積。相較于傳統(tǒng)方式，TSV采用垂直互聯(lián)方式，其優(yōu)勢(shì)在于進(jìn)一步提高了芯片的集成度，避免了空間的閑置和浪費(fèi)，從而提高了芯片的堆疊密度。同時(shí)，由于是垂直空間互連，信號(hào)的傳輸效率和可靠性大大提高。硅通孔的應(yīng)用使芯片的集成化、小型化和低功耗成為可能。

HBM主要采用micro bumping工藝制備微凸點(diǎn)。晶圓微凸點(diǎn)是先進(jìn)封裝中的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)之一。其主要作用是電信號(hào)互連及機(jī)械支撐，目前絕大部分先進(jìn)封裝均需要用到晶圓微凸點(diǎn)技術(shù)，而凸點(diǎn)的制備則是微凸點(diǎn)技術(shù)最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。HBM采用電鍍法制備微凸點(diǎn)。凸點(diǎn)制備方法有蒸發(fā)濺射法、電鍍法、化學(xué)鍍法、機(jī)械打球法、焊膏印刷法和植球法等。目前HBM的DRAM芯片之間主要通過micro bump（微凸點(diǎn)）互聯(lián)，micro bump是電鍍形成的銅柱凸點(diǎn)。

DRAM 生產(chǎn)能力也是一項(xiàng)關(guān)鍵制約因素。目前國(guó)內(nèi)部分企業(yè)雖有一定的DRAM和先進(jìn)封裝技術(shù)基礎(chǔ)，但掌握的DRAM工藝制程明顯落后于國(guó)際水平，且在DRAM上應(yīng)用TSV、micro-bumping和堆疊鍵合等先進(jìn)封裝工藝的經(jīng)驗(yàn)仍有較大差距。

?04、國(guó)產(chǎn)廠商，提速追趕

HBM作為當(dāng)前AI領(lǐng)域首選的高帶寬內(nèi)存技術(shù)，2023年其市場(chǎng)規(guī)模翻倍增長(zhǎng)，達(dá)到約44億美元。根據(jù)Digitimes公布的數(shù)據(jù)，中國(guó)HBM的需求約占全球整體需求的7%，據(jù)此測(cè)算，2023年中國(guó)HBM市場(chǎng)規(guī)模約3.1億美元，前瞻產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)測(cè)到2029年中國(guó)HBM行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到12億美元。隨著國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程的推進(jìn)，國(guó)內(nèi)對(duì)自主可控的HBM需求也在擴(kuò)大。今年6月，中國(guó)臺(tái)灣電子時(shí)報(bào)援引業(yè)內(nèi)人士消息稱，IC設(shè)備和材料供應(yīng)商已經(jīng)看到中國(guó)企業(yè)對(duì)HBM等產(chǎn)品的需求強(qiáng)勁。目前來看，打入HBM產(chǎn)業(yè)鏈的中國(guó)大陸企業(yè)中，有材料公司、封測(cè)公司、設(shè)備廠，也有代理商。

材料方面，飛凱材料表示，環(huán)氧塑封料是HBM存儲(chǔ)芯片制造技術(shù)所需要的材料之一，MUF材料按性狀和工藝分不同品種，目前公司MUF材料產(chǎn)品包括液體封裝材料LMC及GMC顆粒封裝料，液體封裝材料LMC已經(jīng)量產(chǎn)并形成少量銷售，顆粒填充封裝料GMC尚處于研發(fā)送樣階段。興森科技表示，公司的FCBGA封裝基板可用于HBM存儲(chǔ)的封裝，但目前尚未進(jìn)入海外HBM龍頭產(chǎn)業(yè)鏈。

封測(cè)方面，長(zhǎng)電科技、通富微電和盛合晶微等封裝廠商已經(jīng)擁有支持HBM生產(chǎn)的技術(shù)（如TSV硅通孔）。長(zhǎng)電科技在投資者互動(dòng)中表示，其XDFOI高密度扇出封裝解決方案也同樣適用于HBM的Chip to Wafer 和Chip to Chip TSV堆疊應(yīng)用；通富微電此前表示，南通通富工廠先進(jìn)封裝生產(chǎn)線建成后，公司將成為國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的2.5D/3D先進(jìn)封裝研發(fā)及量產(chǎn)基地，實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)在HBM高性能封裝技術(shù)領(lǐng)域的突破。雖然國(guó)內(nèi)已具備TSV、bumping和堆疊等HBM中使用到的先進(jìn)封裝工藝，但仍需積累生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)。

在其余供應(yīng)鏈上，芯片設(shè)計(jì)企業(yè)國(guó)芯科技則表示已與合作伙伴一起正在基于先進(jìn)工藝開展流片驗(yàn)證相關(guān)chiplet芯片高性能互聯(lián)IP技術(shù)工作，和上下游合作廠家積極開展包括HBM技術(shù)在內(nèi)的高端芯片封裝合作。紫光國(guó)微表示，公司HBM產(chǎn)品為公司特種集成電路產(chǎn)品，目前還在研發(fā)階段。在此背景之下，國(guó)產(chǎn)存儲(chǔ)廠商也正全力以赴投身于技術(shù)儲(chǔ)備與突破進(jìn)程。

總的來說，HBM禁令對(duì)于中國(guó)來說既是挑戰(zhàn)也是機(jī)遇。中國(guó)將不得不面對(duì)供應(yīng)鏈中斷、技術(shù)挑戰(zhàn)等短期影響，但同時(shí)也將加速自主研發(fā)進(jìn)程、推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈自主化以及促進(jìn)全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)格局的變化。通過采取有效的應(yīng)對(duì)策略，中國(guó)有望在全球半導(dǎo)體市場(chǎng)中占據(jù)更加重要的位置。