AI產生了巨大的算力需求,HBM晶元需求呈爆發式增長,上游材料企業迎來了新的發展機遇。
2022 年 11 月底,OpenAI 發布了一款名為 ChatGPT 的對話式聊天機械人模型,該模型一經推出就迅速在網際網絡上走紅。 2024年3月,OpenAI正式推出大規模多模態模型GPT-4,引領AI大模型突破。 2024年12月,谷歌AI模型Gemini發布,再次引發市場關注。
海量資料產生巨大的計算能力需求,而 HBM 晶元具有更高的頻寬、更高的位寬、更低的功耗和更小的外形尺寸,使其成為 GPU 晶元的記憶體解決方案。
HBM 已成為 GPU 晶元記憶體解決方案,需求井噴。
HBM有效解決了“記憶體牆”和“電源牆”的問題,成為GPU晶元的記憶體解決方案,需求進入井噴階段。 HBM 代表高頻寬記憶體 (HBM),是一種新興的 DRAM 解決方案。 HBM 採用基於 TSV(矽通孔)和晶元堆疊技術的堆疊 DRAM 架構,只需將記憶體晶元堆疊成矩陣,然後堆疊在 CPU 或 GPU 旁邊,通過 UBUMP 和 Interposer(中介層,用作互連的矽)實現超快速連線。 然後,轉接板通過BUMP和Substrate連線到Ball,最後BGA Ball連線到PCB。 HBM 的優點是:1) 更高的頻寬;2)更高的位寬;3) 更低的功耗4)更小的外形尺寸。
HBM晶元的不斷迭代是視訊記憶體未來的發展方向,滲透率有望持續提公升。 最初,AMD 與 SK 海力士和 Amkor 合作開發高記憶體、低功耗視訊記憶體。 2013 年,海力士宣布成功開發 HBM1,定義了這一記憶體標準2024年,三星宣布開始量產4GB HBM2 DRAM,同年內開始量產8GB HBM2 DRAM2024年,海力士宣布量產HBM2,三星宣布開始量產第二代8GB HBM2產品“Aquabolt”。2024年,海力士研發出新一代HBM2E,三星宣布推出16GB HBM2E產品“Flashbolt”;2024年,海力士研發出全球首款HBM3,美光HBM2E產品上市2024年,海力士將量產全球首款HBM3 DRAM晶元,並供應給英偉達,三星HBM3技術將實現量產2024年,海力士率先推出HBM3E,三星將發布全新HBM3E產品“Shinebolt”。 未來,隨著AI伺服器需求的快速增長,由於HBM滲透到普通伺服器和個人PC中,市場規模將迅速增長。
封裝技術不斷發展,對配套材料的需求也在同步發展
先進封裝是延續摩爾定律的重要手段,異構整合+高速互聯塑造了小晶元的里程碑。 在小晶元技術的背景下,大型單片晶元可以分為多個相同或不同的小晶元,這些小晶元可以使用相同或不同的工藝節點製造,然後通過跨晶元互連和封裝技術在封裝層面進行整合,以降低成本並獲得更高的整合度。 它的出現離不開兩大趨勢:
1)計算機系統的異構性和整合度越來越高
2)資料通路頻寬和晶元間延遲問題已被業界解決(先進封裝)。
Chiplet的核心是實現晶元之間的高速互聯,同時兼顧多晶元互聯後的重新佈線。 根據UCIE聯盟發布的小晶元***,它支援市面上主流的四種封裝方式,分別是:
1)標準封裝,將晶元之間的金屬線嵌入封裝基板中;
2)使用矽橋連線晶元,將矽橋嵌入封裝基板中,如Intel的EMIB解決方案
3)使用矽中介層連線晶元並重新佈線,然後將矽中介層封裝到基板上,例如:台積電Cowos解決方案;
4)使用扇出式中介板進行重新佈線,在晶元連線處只使用矽橋連線,如:ASE FOCOS-B方案。
TSV 和 25D 封裝技術賦予 HBM 卓越的效能
CoWO封裝是HBM的底層技術,台積電緊張的產能限制了AI計算卡的數量。 目前,HBM晶元的封裝是通過COWOS技術完成的,CODOS=COW(正面封裝)+OS(背面封裝),其中COW=晶圓上的晶元,這是通過技術和矽中介層連線晶元晶元的過程,OS=ON襯底,這是通過顆粒和凸塊線將堆疊的晶元和矽中介層連線到襯底的過程, 最後將其整合到電路板中。CODOS是乙個複雜的製造過程,而台積電目前是主要的供應商,因為CODOS的產能很大程度上限制了AI計算卡的數量,包括NVIDIA、AMD、AMAZON、Broadcom等,都在等待台積電釋放CODOS產能。 2024年6月,台積電宣布在竹南連續開產六端晶圓廠,占地14座3公頃的土地足以滿足每年100萬片晶圓的3DFABRIC產能,包括CODOS、SOIC和INFO技術。
儲存晶元週期逐步觸底反彈,行業利用率有望回公升,下游資本支出的回歸將帶來長期增長。
今年以來,三星、海力士等儲存巨頭開始減產加速去庫存,目前去庫存效應已經顯現,DRAM和NAND原裝晶元**小幅上漲,預計到2024年底,將有機會看到市場供需逐步平衡, 2024年倉儲廠利用率有序回公升,帶動物料需求回暖。
國內半導體資本支出加速,三星和SK海力士在中國的工廠已成功獲得美國的“無限期豁免”,中國的工廠將能夠繼續公升級和擴大生產,未來的資本支出有望繼續投入。 自去年10月美國制裁政策出台以來,市場對國內半導體材料企業長期增長的擔憂逐漸消失,行業估值有望提公升。
投資分析意見:
AI產生了巨大的算力需求,HBM晶元需求呈爆發式增長,上游材料企業迎來了新的發展機遇。
1)HBM(海力士、三星)關聯企業:雅克科技(前驅體+矽粉+封裝光刻膠)、華特氣體、中船特種氣體(電子特種氣體)等;
2)先進封裝相關企業:諾沃瑞新材料、益世通(矽粉)、飛凱材料、華海誠科(環氧模塑材料)、德邦科技(底部填料等)、鼎龍股份(臨時粘接膠)、艾森股份(電鍍液+封裝光刻膠)、天成科技、上海信陽(電鍍液)、東彩科技、盛泉集團(電子樹脂)等。
這是報告的節選,是報告的原始PDF
資訊科技-HBM 產業鏈 材料行業報告:AI 浪潮催化 HBM 需求激增,材料企業迎來發展新機遇-申萬巨集源 [宋濤]-20231212 [第 28 頁]。
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