【HBM雙雄爭霸】AI需求推升記憶體產業變革　SK海力士、三星爭相找台積電合作

「AI需求非常瘋狂！」台積電董事長魏哲家日前指出，AI 裝置效率提升1%，等於為台積電帶來10美元營收。事實上，不只是晶圓代工和封測產業，記憶體產業也是這波 AI 需求受惠者。由於 AI 伺服器對晶片算力、記憶體容量、頻寬需求攀升，進而推動 HBM（高頻寬記憶體）成為主流，記憶體產業出現前所未有的變革。HBM堪稱是AI時代的當紅炸子雞！

根據Gartner統計，2024年全球記憶體市場預估成長77.3%，成長主因來自2023年低基期以及2022年之後減產導致的價格回升；再加上伺服器與LPDDR記憶體需求續增，帶動DRAM市場回暖。

最重要的是，擁有高附加價值的HBM崛起，產能比重拉升，成為DRAM市場未來主要成長動能。Yole報告也指出，2024年HBM將占DRAM市場比重達19%。

工研院產科國際所分析師黃慧修指出，DRAM廠商持續轉進HBM市場發展，且將產能優先配置於高毛利率的HBM產品。「目前HBM主要供應商包括美光、SK海力士相繼宣布今年和2025年度的HBM產品都已售罄。」

她點出，SK海力士、三星與美光持續擴大在HBM市場的市占率與技術發展。隨著HBM3E及HBM4等新一代技術的推出，記憶體的頻寬與容量將進一步提升，並成為高效能運算應用的核心關鍵技術。


SK海力士、三星、美光3強布局

進一步探討3大記憶體業者在HBM布局。黃慧修指出，HBM3E產品進展快速，各大廠競爭激烈！其中，SK海力士12層HBM3E產品已於今年5月提供樣品，預計年底前交貨。預計在2025年下半年導入HBM4。

而三星8層HBM3E已通過輝達測試認證，預計今年第四季開始供貨，該公司12層HBM3E則還在樣品測試階段；預計2026年導入HBM4。

至於美光12層HBM3E已進行樣品測試，預計2025年開始大規模量產，且全年逐步增加其在產品組合中的比重；預計2026年導入12/16層HBM4，2027年將進展到HBM4E階段。


在產地部分，上述3家記憶體業者只有美光在台設廠，美光HBM3E生產基地主要位於日本廣島和台灣台中，廣島將以HBM前段產能為主，後段封裝則以台灣為主。

至於SK海力士和三星的HBM生產大本營則分別位於韓國利川和平澤。SK海力士在韓國龍仁興建半導體園區，建立4座工廠，預計2025年3月動工，2027年量產；該公司甚至已斥資748億美元，預計在美國印第安納州建置HBM先進封裝製造和研發設施，預計2028年投入營運。

Base Die製程轉換成為未來競爭關鍵！

三星電子設備解決方案部門記憶體事業總裁李禎培（Jung-bae Lee），9月曾於SEMICON論壇中提到，在生成式AI席捲的時代，GPU高速運算需求倍增，但記憶體頻寬每代只增加2位數，要打破上述限制，未來HBM4的基礎裸晶（Base Die）將由傳統的記憶體製程轉向邏輯製程。他強調，在HBM4之前，HBM由自家記憶體負責製造。但在HBM4之後，部分製造必須由晶圓代工業者負責。


SK海力士總裁金柱善（Justin Kim）也在同場論壇中提到，全世界有2個國家最重視半導體，那就是台灣和韓國。SK海力士正與台積電合作開發HBM4，將依照客戶需求時間表來量產，這是全球首款採用邏輯製程的基礎裸晶產品。


韓媒日前亦曾報導，台積電與三星正在共同研發一款無緩衝（bufferless）的HBM4晶片。對此，台積電則強調，從兩年多前就一直與美光、三星記憶體和SK海力士等主要記憶體夥伴，就高頻寬記憶體（HBM）解決方案進行合作，旨在透過提供更多記憶體容量來推進3D IC的設計，為IC設計人員提供全方位且經過驗證的解決方案，以應對快速成長的AI需求。

黃慧修指出，「客製化HBM」將成為HBM4的決勝關鍵，負責製造的業者必須針對不同客戶需求，為客戶IP量身打造產品，以提升晶片效率。

她強調，HBM業者未來也面臨來自技術上的挑戰。在堆疊技術上，面臨16層以上的技術瓶頸，業者計畫採用混合鍵合（Hybrid Bonding）技術來解決問題。

例如SK海力士提出的MR-MUF技術將用於12層HBM4，該公司計畫結合Advanced MR-MUF和Hybrid Bonding技術應用於16層產品。而三星目前的熱壓鍵合（TCB）技術則在16層面臨瓶頸，計畫於16層同步嘗試TCB和Hybrid Bonding，20層以上則採用Hybrid Bonding。


黃慧修指出，SK海力士將採用台積電邏輯製程生產HBM4的Base Die（基礎裸晶），計畫於2025年推出12層HBM4產品。而三星與台積電也將共同開發HBM4晶片，預計2025年下半年開始製造。