隨著人工智能技術(shù)的迅猛發(fā)展，對高性能計算的需求日益增加，高帶寬存儲器成為了AI芯片性能提升的關(guān)鍵要素之一。HBM是高帶寬內(nèi)存（High Bandwidth Memory）的縮寫，是一種先進的DRAM芯片，對于AI的發(fā)展至關(guān)重要，因為它提供了比傳統(tǒng)內(nèi)存芯片更快的處理速度。
而HBM4作為第六代HBM芯片，不僅在能效上較現(xiàn)有型號提升40%，延遲也降低了10%，成為各大芯片廠商競相追逐的焦點。據(jù)韓媒《韓國經(jīng)濟日報》和《Business Korea》報道，三星電子與臺積電這兩家在代工領域是對手的半導體巨頭，如今已達成合作，共同致力于開發(fā)下一代無緩沖（buffer-less）HBM4芯片。
這將是兩家公司在AI芯片領域的首次合作，真可謂“沒有永遠的盟友，也沒有永遠的敵人”。
合作詳情
三星電子內(nèi)存業(yè)務負責人李正培在9月3日的CEO峰會上表示，為了最大限度地提高AI芯片的性能，定制化的HBM是最佳選擇。“僅憑現(xiàn)有的內(nèi)存工藝提升HBM性能存在局限性，我們將結(jié)合三星系統(tǒng)LSI和內(nèi)存事業(yè)本部的設計、生產(chǎn)能力和代工廠的制造能力，將HBM性能發(fā)揮到極致”，他補充道，“我們正在與其他代工廠合作，準備20多種定制化解決方案”。
會后，李正培并未回答記者關(guān)于與哪些代工廠合作的問題。
9月5日，臺積電生態(tài)系統(tǒng)和聯(lián)盟管理負責人Dan Kochpatcharin在Semicon Taiwan 2024論壇上證實，三星與臺積電正攜手開發(fā)無緩沖的HBM4芯片。“隨著內(nèi)存制造過程變得越來越復雜，與合作伙伴的合作變得越來越重要。”
HBM4的制造方式大不同
無緩沖HBM4是一種消除了用于防止電氣問題和管理電壓分布的緩沖器的產(chǎn)品，相比傳統(tǒng)HBM設計具有更高的集成度和更低的功耗，能夠大幅提升AI應用的性能和效率。
據(jù)行業(yè)人士透露，這種新型芯片將特別適用于需要大規(guī)模并行處理和高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)腁I場景，如深度學習、自動駕駛和超級計算等。HBM4的制造工藝與前幾代產(chǎn)品有顯著不同，使其作為一個芯片順利運行的先進封裝方法也將發(fā)生變化。
一種解決方案是使用邏輯工藝將 base die （基礎芯片）外包給代工廠，然后通過硅通孔 (TSV) 技術(shù)將其與內(nèi)存集成，以創(chuàng)建定制的 HBM。也就是說，今后作為HBM大腦的邏輯芯片將由代工廠而非內(nèi)存公司制造。此外，之前GPU和HBM是水平排列的，但今后很有可能采用將HBM置于GPU上方的“3D-IC”方式。
三星電子的基本策略是提供“交鑰匙解決方案”，從代工廠的DRAM生產(chǎn)到邏輯芯片量產(chǎn)和先進封裝，一應俱全。同時保持靈活性，允許客戶設計自己的base die，而不將生產(chǎn)限制在三星的代工廠。
緊咬海力士和美光
CoWoS封裝與HBM的集成度提高進一步鞏固了臺積電作為CoWoS服務主要提供商的地位。雙方此次合作，不僅是技術(shù)上的強強聯(lián)合，也是對未來AI市場布局的重要一步。
對于AI芯片廠商而言，HBM4的量產(chǎn)將為他們提供更加強勁的計算能力支持，助力他們開發(fā)出更高性能、更低功耗的AI芯片產(chǎn)品。而對于終端用戶而言，這將意味著更加智能、高效的AI應用體驗。
此外，三星和SK海力士在論壇上分享了各自在HBM方面的不同策略。SK海力士目前是英偉達（Nvidia）HBM3 AI芯片的最大供應商，他們已于今年4月宣布與臺積電合作生產(chǎn)HBM4芯片，臺積電將使用其12nm工藝負責SK海力士base die的生產(chǎn)，計劃在2026年量產(chǎn)。
市場研究公司TrendForce的數(shù)據(jù)顯示，2023年，SK海力士和三星電子各占有HBM市場47.5%的份額，但是預計2024年三星的市占將會下降到42.4%，SK海力士上漲到52.5%，美光基本維持不變。盡管比 SK 海力士和美光晚了幾個月，但據(jù)報道三星的 8 層 HBM3e 已開始向 英偉達發(fā)貨，他們的目標是在 HBM4 方面與競爭對手取得競爭優(yōu)勢，并計劃在 2025 年底前投入量產(chǎn)。
對于HBM4e代，TrendForce預計三星和美光都將更傾向于將基礎芯片的生產(chǎn)外包給臺積電。這種轉(zhuǎn)變主要是由于需要提高芯片性能并支持定制設計，這使得進一步的工藝小型化變得更加關(guān)鍵。
據(jù)悉，三星對HBM市場持樂觀態(tài)度，預計今年HBM市場將達到16億Gb，是2016年至2023年總和的兩倍，凸顯HBM的爆炸式增長。
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