集邦咨詢：存儲新技術(shù)DDR、HBM等大放異彩

邁過2023年的經(jīng)濟逆風(fēng)行業(yè)下行周期，2024年存儲市場起勢，存儲芯片價格上漲。為了適配近兩年人工智能熱浪需求，存儲新技術(shù)革新步伐加速，DDR、LPDDR、GDDR新技術(shù)在2024年迎來放量周期；HBM加速邁進，HBM3/HBM3e持續(xù)突破，有望帶動存儲市場迸發(fā)新的活力。

一
2024是DRAM技術(shù)迸發(fā)活力的一年

從1998年三星生產(chǎn)出最早的商用DDR SDRAM芯片，到DDR1、DDR2、DDR3、DDR4的延續(xù)，再到今年躍升主流的DDR5，和即將到來的DDR6、DDR7，DRAM技術(shù)還在持續(xù)突破。按照不同的應(yīng)用場景劃分，固態(tài)技術(shù)協(xié)會（JEDEC）把DRAM分成標(biāo)準DDR、LPDDR、GDDR三類，其中DDR主要應(yīng)用于服務(wù)器和PC端，LPDDR主要應(yīng)用于手機端和消費電子，GDDR的主要應(yīng)用領(lǐng)域為圖像處理領(lǐng)域，近期上述三類DRAM技術(shù)新品對原廠營收占比貢獻不斷上升。

2024年是DDR5/LPDDR5的天下

在主流DRAM市場格局上，三星、美光、SK海力士三分天下，目前DDR5/LPDDR5市場競爭。

以上述三家為主流。此外，中國臺灣存儲企業(yè)華邦及南亞科技，以及大陸存儲企業(yè)長鑫存儲的定位也在主流DRAM市場。

從過往歷史看，每代DDR新標(biāo)準發(fā)布后都需要經(jīng)過2年左右的優(yōu)化，才能實現(xiàn)性能的較為全面的穩(wěn)定提升，而后實現(xiàn)對上一代產(chǎn)品的市場替代則可能需要3到5年的時間。業(yè)界數(shù)據(jù)顯示，DDR3和DDR4都享有大約7年的生命周期。DDR4存儲器標(biāo)準于2012年發(fā)布，而其初代產(chǎn)品則于2014年入市，直到2016年才實現(xiàn)了市場份額的大幅提升。

對于最新一代的DDR5而言，經(jīng)歷了2023年上半年的產(chǎn)能爬坡和性能攀升，下半年在三大原廠營收比重不斷上升，并在2024年正式迎來黃金發(fā)展期。

據(jù)TrendForce集邦咨詢研究顯示，2023年四季度三星（Samsung）營收高達79.5億美元，季增幅度逾五成，主要受惠于1alpha nm DDR5出貨拉升，使得Server DRAM的出貨位元季增超過60%。SK海力士（SK hynix），雖然出貨位元季增僅1~3%，然持續(xù)受惠于HBM、DDR5的價格優(yōu)勢，以及來自于高容量Server DRAM模組的獲利，平均銷售單價季增17~19%，第四季營收達55.6億美元，季增20.2%。美光（Micron）量價齊揚，出貨位元及平均銷售單價均季增4~6%，DDR5與HBM比重相對低，故營收成長幅度較為和緩，第四季營收達33.5億美元，季增8.9%。

而LPDDR5方面，TrendForce集邦咨詢認為，AI PC有望帶動PC平均搭載容量提升，并拉高PC DRAM的LPDDR比重。以Microsoft定義的滿足NPU 40 TOPS的CPU而言，共有三款且依據(jù)出貨時間先后分別為Qualcomm Snapdragon X Elite、AMD Strix Point及Intel Lunar Lake。其中，三款CPU的共同點為皆采用LPDDR5x，而非現(xiàn)在主流采用的DDR SO-DIMM模組，主要考量在于傳輸速度的提升；以DDR5規(guī)格而言，目前速度為4800-5600Mbps，而LPDDR5x則是落于7500-8533Mbps，對于需要接受更多語言指令，及縮短反應(yīng)速度的AI PC將有所幫助。因此，TrendForce集邦咨詢預(yù)期，今年LPDDR占PC DRAM需求約30~35%，未來將受到AI PC的CPU廠商的規(guī)格支援，從而拉高LPDDR導(dǎo)入比重再提升。

行業(yè)人士表示，由于DDR5/LPDDR5(X)技術(shù)愈發(fā)成熟，其保質(zhì)期或?qū)⒈壬弦淮L。目前，存儲廠商目前擴產(chǎn)重點集中在HBM、DDR5與LPDDR5(X)產(chǎn)品上。

TrendForce集邦咨詢研究顯示，產(chǎn)能規(guī)劃方面，三星去年第四季大幅減產(chǎn)，在庫存壓力改善后，今年第一季投片開始回升，稼動率約為80%。下半年旺季，需求預(yù)期將較上半年明顯增溫，產(chǎn)能會持續(xù)拉高至第四季。SK海力士則積極擴張HBM產(chǎn)能，投片量緩步增加，隨著HBM3e量產(chǎn)后，相關(guān)先進制程投片亦持續(xù)上升。美光投片量有回溫趨勢，后續(xù)將積極增加其先進制程1beta nm比重，用于生產(chǎn)HBM、DDR5與LPDDR5(X)產(chǎn)品，因先進制程的設(shè)備增加，屆時產(chǎn)能將較為收斂。

GDDR7顯存標(biāo)準正式發(fā)布

3月6日，JEDEC（固態(tài)技術(shù)協(xié)會）正式發(fā)布了GDDR7顯卡（JES239圖形雙倍數(shù)據(jù)速率(GDDR7)SGRAM）技術(shù)規(guī)范，旨在提供更高的帶寬、更高的數(shù)據(jù)傳輸速率、更高的能效和更大的存儲容量，以支持未來高性能計算應(yīng)用的發(fā)展。

官方披露，JESD239GDDR7是第一款使用脈沖幅度調(diào)制(PAM)接口進行高頻操作的JEDEC標(biāo)準DRAM。其PAM3接口提高了高頻操作的信噪比(SNR)，同時提高了能效。通過使用3個電平(+1、0、-1)在2個周期內(nèi)傳輸3個比特，而傳統(tǒng)的NRZ(非歸零)接口在2個周期內(nèi)傳輸2個比特，PAM3在每個周期內(nèi)提供了更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，從而提高了性能。

相比GDDR6，GDDR7的帶寬是其兩倍，每個器件的帶寬可達192 GB/s。這是通過增加獨立通道數(shù)量至4個來實現(xiàn)的。GDDR7還支持16 Gbit至32 Gbit的密度，并包括支持雙通道模式，可以將系統(tǒng)容量翻倍，可以滿足未來圖形、游戲、計算、網(wǎng)絡(luò)和人工智能應(yīng)用對高內(nèi)存帶寬不斷增長的需求。

同時，核心獨立的 LFSR(線性反饋移位寄存器)訓(xùn)練模式，帶有眼罩和錯誤計數(shù)器，可提高訓(xùn)練精度，同時縮短訓(xùn)練時間。此外，通過整合最新的數(shù)據(jù)完整性功能，包括帶實時報告的片上 ECC (ODECC)、數(shù)據(jù)中毒、錯誤檢查和清理以及帶命令阻塞的命令地址奇偶校驗(CAPARBLK)，滿足 RAS(可靠性、可用性、可維護性)的市場需求。

在容量上，目前第一批GDDR7顯存只有2GB(16Gb)，和如今的GDDR6/6X一致，因此首發(fā)搭載的NVIDIA RTX 50系列、AMD RX 8000系列對于顯卡的需求還較大。JEDEC表示，未來會有3GB、4GB、6GB甚至是8GB，其中3GB這種反常規(guī)容量是首次出現(xiàn)。

目前，AMD和NVIDIA都已經(jīng)加入了這個新標(biāo)準，而三星和美光也已經(jīng)確定了下一代GDDR7內(nèi)存模塊的開發(fā)計劃。三星的目標(biāo)是實現(xiàn)32Gbps的速度，而美光則計劃推出24Gb+32 Gbps的芯片。據(jù)悉，美光在其最新的路線圖中也公布了到2026年達到36Gbps和24Gb+的內(nèi)存模塊。

LPDDR6內(nèi)存規(guī)格今年第三季度敲定？

此外，近日韓媒etnews引援業(yè)內(nèi)人士消息，新一代移動端 DRAM 內(nèi)存規(guī)范 LPDDR6 有望今年 3 季度公布。

據(jù)悉，行業(yè)標(biāo)準制定組織JEDEC固態(tài)技術(shù)協(xié)會近日在葡萄牙首都里斯本召開了下一代移動端隨機存取處理器標(biāo)準咨詢會。此次會議中，與會各方進行了豐富的討論，完成了 LPDDR6 標(biāo)準的定稿工作，預(yù)計將于今年 3 季度正式發(fā)布。

公開資料顯示，目前廣泛使用的LPDDR5規(guī)范發(fā)布于2019年。而升級版 LPDDR5X 規(guī)范于 2021 年推出，進行了多項調(diào)整以實現(xiàn)更高速度，最高可達 8533Mbps。此外，SK海力士還推出了基于私有規(guī)范的 9.6Gbps LPDDR5T 產(chǎn)品，美光也推出了同等速率的 LPDDR5X 內(nèi)存。

近年來，憑借其能效和速率優(yōu)勢，LPDDR 的市場從智能手機等傳統(tǒng)產(chǎn)品逐步擴展至英偉達 Grace 處理器等部分服務(wù)器處理器，以及一些 AI 專用芯片。而隨著 AI 的廣泛應(yīng)用，不僅移動產(chǎn)品需要相較 LPDDR5X 更高速的內(nèi)存“喂飽”端側(cè) AI 模型，后兩類處理器也需求更大的內(nèi)存帶寬。同時，三大用途對內(nèi)存功耗均有著嚴苛的要求。行業(yè)人士表示，LPDDR6 標(biāo)準的兩大開發(fā)重點就是提高數(shù)據(jù)吞吐率和最小化功耗。

etnews消息稱，高通驍龍8 Gen 4有望成為首款支持 LPDDR6 內(nèi)存的產(chǎn)品。

二
HBM技術(shù)漸進，市場需求巨大

據(jù)TrendForce集邦咨詢資深研究副總吳雅婷表示，目前2024年HBM（High Bandwidth Memory）市場主流為HBM3，NVIDIA新世代含B100或H200的規(guī)格則為最新HBM3e產(chǎn)品。不過，由于AI需求高漲，目前英偉達（NVIDIA）以及其他品牌的GPU或ASIC供應(yīng)緊俏，除了CoWoS是供應(yīng)瓶頸，HBM亦同，主要是HBM生產(chǎn)周期較DDR5更長，投片到產(chǎn)出與封裝完成需要兩個季度以上所致。

吳雅婷表示，目前NVIDIA現(xiàn)有主攻H100的存儲器解決方案為HBM3，SK海力士是最主要供應(yīng)商，然而供應(yīng)不足以應(yīng)付整體AI市場所需。至2023年末，三星以1Znm產(chǎn)品加入NVIDIA供應(yīng)鏈，盡管比重仍小，但可視為三星于HBM3世代的首要斬獲。

HBM3e預(yù)計下半年逐季放量，三星、美光加入供應(yīng)行列

由于三星是AMD長期以來最重要的策略供應(yīng)伙伴，2024年第一季，三星HBM3產(chǎn)品也陸續(xù)通過AMD MI300系列驗證，其中包含其8h與12h產(chǎn)品，故自2024年第一季以后，三星HBM3產(chǎn)品將會逐漸放量。值得注意的是，過去在HBM3世代的產(chǎn)品競爭中，美光（Micron）始終沒有加入供應(yīng)行列，僅有兩大韓系供應(yīng)商獨撐，且SK海力士HBM市占率目前為最高，三星將隨著后續(xù)數(shù)個季度MI300逐季放量，市占率將急起直追。

而自2024年起，市場關(guān)注焦點即由HBM3轉(zhuǎn)向HBM3e，預(yù)計下半年將逐季放量，并逐步成為HBM市場主流。據(jù)TrendForce集邦咨詢調(diào)查，第一季由SK海力士率先通過驗證，美光緊跟其后，并于第一季底開始遞交HBM3e量產(chǎn)產(chǎn)品，以搭配計劃在第二季末鋪貨的NVIDIA H200。三星由于遞交樣品的時程較其他兩家供應(yīng)商略晚，預(yù)計其HBM3e將于第一季末前通過驗證，并于第二季開始正式出貨。由于三星HBM3的驗證已經(jīng)有了突破，且HBM3e的驗證若無意外也即將完成，這也意味著該公司的出貨市占于今年末將與SK海力士拉近差距。

消息稱JEDEC有望放寬HBM4標(biāo)準，混合鍵合還在未來

據(jù)韓媒ZDNet Korea報道，行業(yè)標(biāo)準制定組織 JEDEC 固態(tài)技術(shù)協(xié)會有望放寬對HBM4內(nèi)存的高度限制，內(nèi)存廠商無需被迫轉(zhuǎn)向混合鍵合（Hybrid Bonding）。

據(jù)悉，JEDEC的主要參與者最近同意將HBM4產(chǎn)品的標(biāo)準定為775微米（μm），比上一代的720微米更厚。據(jù)悉，該協(xié)議或?qū)θ请娮?、SK海力士、美光等主要內(nèi)存制造商的未來封裝投資趨勢產(chǎn)生重大影響。

先進封裝的意義旨在實現(xiàn)更大的互連密度（每個區(qū)域有更多的互連），減少跡線長度（trace length ）以降低每比特傳輸?shù)难舆t和能量。作為先進封裝技術(shù)中的顯眼存在，自誕生起，混合鍵合就被寄予厚望。

混合鍵合用于芯片的垂直（或 3D）堆疊?；旌湘I合的顯著特點是它是無凸塊的。它從基于焊料的凸塊技術(shù)轉(zhuǎn)向直接銅對銅連接。這意味著頂部die和底部die彼此齊平。兩個芯片都沒有凸塊，而是只有可縮放至超細間距的銅焊盤。沒有焊料，因此避免了與焊料相關(guān)的問題。與以前的基于凸塊的互連相比，混合鍵合引入了一系列全新的技術(shù)和工藝挑戰(zhàn)。為了實現(xiàn)高質(zhì)量的鍵合，對表面光滑度、清潔度和粘合對準精度有非常嚴格的要求。

業(yè)界曾有言“混合鍵合將成為自EUV以來半導(dǎo)體制造最具變革性的創(chuàng)新”，事實是否如何我們目前還不可得知，但是，可以看到的是三星電子、SK海力士、美光都在你追我趕，爭相發(fā)力進一步突破這種技術(shù)。

假如JEDEC放寬對HBM4內(nèi)存的高度限制，內(nèi)存廠商無需著急鍵合技術(shù)的飛躍。如果封裝厚度為775微米，使用現(xiàn)有的鍵合技術(shù)如引線鍵合、倒裝芯片鍵合和硅通孔（TSV）鍵合等就可以充分實現(xiàn)16層DRAM堆疊HBM4。畢竟解決當(dāng)下市場競爭問題還是必要的。并且考慮到混合鍵合的投資成本巨大，存儲器公司很可能將重點放在升級現(xiàn)有鍵合技術(shù)上。

但是值得注意的是，上述提到的鍵合技術(shù)有其局限性，并不能很好的適配未來3D封裝日益增長的復(fù)雜性和性能要求。目前，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上下游都對混合鍵合技術(shù)變革充滿期待，隨著先進制程研發(fā)愈演愈烈，混合鍵合技術(shù)的市場在未來值得期待。