這一次，三星被臺積電卡脖子了

作者：暢秋

在晶圓代工領域，三星與臺積電是純粹的競爭關系，但在存儲芯片市場，作為行業(yè)霸主，三星卻不得不尋求與臺積電深入合作，這都是英偉達惹的禍。

據DigiTimes報道，三星HBM3E內存尚未通過英偉達的測試，仍需要進一步驗證，這是因為卡在了臺積電的審批環(huán)節(jié)。作為英偉達AI GPU芯片的制造和封裝廠，臺積電是英偉達驗證環(huán)節(jié)的重要參與者。據悉，臺積電采用的是基于SK海力士HBM3E產品設定的檢測標準，而三星的HBM3E產品在制造工藝上有些差異，例如，SK海力士芯片封裝環(huán)節(jié)采用了MR-MUF材料技術，三星則是基于TC-NCF技術，這會對一些參數產生影響。

三星在4月表示，其8層垂直堆疊的HBM3E已經在4月量產，并計劃在今年第二季度量產12層堆疊的HBM3E，比原計劃提前了一個季度。按照三星的說法，為了更好地應對生成式AI日益增長的需求，該公司加快了新款HBM產品的項目進度。

自從HBM問世并量產以來，SK海力士一直是英偉達為其AI GPU配備該類內存的獨家供應商，發(fā)展到HBM3E版本，依然如此，只是從2024年第二季度開始，另外兩家內存大廠才開始加入英偉達HBM供應鏈。因此，SK海力士是行業(yè)霸主，市場份額超過80%。

2022年，SK海力士專為英偉達的H100設計了HBM3，其性能令人驚訝，且HBM在經濟上是可行的，并一舉確立了行業(yè)地位。在這種情況下，三星和美光準備花費數十億美元來擴大芯片生產能力。最近，三星推出了其12層堆疊的HBM3E，旨在將其與SK海力士和美光的8層堆疊產品區(qū)分開來。

在不久前舉行的年度股東大會上，SK海力士非常享受它的勝利成果，這家韓國內存制造商表示，HBM必須為客戶“定制和專業(yè)化”，這是在強調其與英偉達的深厚關系。

同期，三星也宣布了其HBM產量的增長計劃，一位高管表示，該公司計劃今年將芯片產量增加兩倍。英偉達首席執(zhí)行官黃仁勛（Jensen Huang）在Blackwell產品發(fā)布會上表示，正在對三星的HBM3E進行資格認證，黃仁勛這是在側面敲打SK海力士，以避免供應商一家獨大，出現(xiàn)客大欺店的情況。

相對于三星和SK海力士，美光（Micron）晚一年才推出HBM產品，但憑借其在HBM3E版本產品上的“彎道超車”表現(xiàn)，特別是其3D堆疊技術，使HBM3E在有限的空間中，滿足高帶寬與大容量的需求，有望在HBM競賽中扳回一城。美光的HBM3E瞄向了英偉達新推出的DGX GH200。

?01、三巨頭排隊驗證HBM3E

作為AI服務器芯片行業(yè)霸主，英偉達具有很強的話語權，這使得內存行業(yè)廠商不得不順應該公司的標準和驗證要求。而為了實現(xiàn)供應鏈多元化，英偉達將更多HBM內存廠商納入了其供應鏈，作為新進入者，三星的HBM3E正在等待驗證通過，而美光和SK海力士已經在2023下半年向英偉達提供了8層垂直堆疊的HBM3E（24GB）樣品，并在2024年初通過了英偉達的驗證，并獲得了訂單。

現(xiàn)在，只有三星一家在焦急地等待，因為這三大原廠的HBM3E驗證結果，將決定英偉達2024全年HBM供應商的采購權重分配。

2023年，英偉達的高端AI芯片（采用HBM內存）是A100/A800和H100/H800，2024年，其產品組合更多了，除了上述型號，還將再推出使用6個HBM3E的H200和8個HBM3E的B100，并整合該公司自研的Arm架構CPU，推出GH200和GB200。

除了英偉達，另外兩大處理器廠商也在加緊拓展AI服務器市場，這將進一步推動HBM內存市場的繁榮。

2024年，AMD出貨的主力產品是MI300系列，采用HBM3內存，下一代MI350將采用HBM3E，預計2024下半年開始進行HBM驗證，大批量上市將在2025年第一季度。英特爾方面，2022下半年推出的Gaudi 2采用了6個HBM2E，2024年，預計其新型號Gaudi 3仍將采用HBM2E，但用量升至8個。

未來，除了英偉達，AMD和英特爾會使用越來越多的HBM產品，這會給三大內存原廠提供更多商機。

?02、驗證的卡點

據分析師和行業(yè)觀察人士稱，在HBM產品驗證方面，三星落后的原因之一是其堅持使用被稱為熱壓非導電膜（TC-NCF）的技術，這導致了一些生產問題，而SK海力士則一直采用大規(guī)?；亓髂Ｖ频撞刻畛洌∕R-MUF）技術，可以克服NCF的弱點。

TC-NCF技術已被芯片制造商廣泛使用，用于將多層芯片堆疊在緊湊的高帶寬存儲芯片組中，因為使用熱壓縮薄膜有助于最大限度地減少堆疊芯片之間的空間。但是，隨著層數不斷增加，制造變得越來越復雜，因此，經常存在與粘合劑材料相關的問題，芯片制造商一直在尋找替代方案來解決這些問題。MR-MUF是一種環(huán)氧樹脂模塑化合物，被認為在避免晶圓翹曲方面更有優(yōu)勢。

SK海力士率先成功轉向MR-MUF技術，并成為第一家向英偉達供應HBM3內存的供應商。

在SK海力士成功將MR-MUF應用于HBM2E生產后，受到了芯片行業(yè)的關注。SK海力士使用的這種化合物是與Namics合作生產的。

MR-MUF用于HBM封裝，它對HBM芯片的外部結構有顯著影響。SK海力士在創(chuàng)建12層HBM3時，將一個產品中堆疊的DRAM數量從8個（16GB）增加到12個，從而將容量提高了50%。通過這種方式，SK海力士實現(xiàn)了24GB的容量。為了在保持芯片厚度的同時增加容量（堆疊層數），必須將DRAM芯片逐個向上堆疊，這會導致較薄的芯片產生彎曲，MR-MUF封裝對于防止這種情況并保持芯片的厚度是有益的。

不久前，有消息人士說，三星發(fā)布了旨在處理MR-MUF技術的芯片制造設備的采購訂單。消息人士稱，三星與包括日本長瀨在內的材料制造商進行談判，以采購MUF材料，使用MUF的高端芯片的大規(guī)模生產最早可能要到2025年才能準備就緒，因為三星需要進行更多的測試。

據悉，三星對其HBM內存進行了大規(guī)模的MR-MUF工藝測試，結果顯示與現(xiàn)有的TC-NCF相比，吞吐量有所提高，但物理特性有所下降。

三星芯片制造部門的一位高級主管在2023年下令對MUF技術進行測試，得出的結論是MUF不適用于HBM產品，最為合適的對象是3D堆疊RDIMM。一般情況下，3D堆疊RDIMM采用硅通孔（TSV）技術制造，主要用于服務器。硅通孔技術是在Wafer或者Die上穿出數千個小孔，實現(xiàn)硅片堆疊的垂直互連通道，而MUF則是上下連接，縮小相互之間間隙的材料，有助于緊密凝固和結合各種垂直堆疊的半導體材料。

據悉，三星計劃與SDI合作開發(fā)自己的MUF化合物材料，而且已經從日本訂購了MUF所需要的相關設備，看起來要推進到下一階段，以實現(xiàn)更先進的封裝工藝，并提高生產效率。

消息人士表示，三星計劃在其最新的HBM芯片上同時使用NCF和MUF材料。

但三星并未承認，該公司表示，其內部開發(fā)的NCF技術是HBM產品的“最佳解決方案”，將用于其新的HBM3E芯片?！拔覀冋诎从媱濋_展HBM3E產品業(yè)務”，三星表示。

如果三星使用MUF為真的話，則突顯了該公司在AI芯片競賽中面臨的越來越大的壓力。據悉，另一家內存大廠美光也打算使用MUF材料。

?03、發(fā)展HBM4，依然要過臺積電這一關

HBM3E的下一個版本，就是HBM4，三星正在加快研發(fā)腳步，爭取縮小與SK海力士的差距。

不久前，三星公布了HBM路線圖，預計2026年的HBM出貨量是2023年的13.8倍，該公司表示，到2028年，HBM內存的年產量將進一步上升至2023年的23.1倍。

在代號為“Snowbolt”的第六代HBM芯片HBM4方面，三星計劃將緩沖芯片應用于堆疊內存的底層以提高效率。除此之外，還沒有更多關于三星HBM4的技術細節(jié)流出。

SK海力士方面，在擴充HBM3E生產能力的同時，該公司還與臺積電簽署了諒解備忘錄（MOU），雙方就下一代HBM產品生產和加強整合HBM與邏輯層的先進封裝技術密切合作，以開發(fā)出新一代的HBM4產品。

雖然距離HBM4投產還有兩年的時間，SK海力士已經在加速推進第七代HBM產品（HBM4E）的開發(fā)工作了，據etnews報道，該公司的HBM先進技術團隊負責人Kim Kwi-wook在近日舉行的“IMW 2024”活動上分享了下一代HBM的發(fā)展方向，表示當前HBM技術已達到新的水平，同時，代際更迭周期也在縮短，從HBM3E開始，由以往的兩年變成了一年。

面對競爭，SK海力士的HBM項目正在提速，預計首批12層堆疊的HBM4最快會在2025下半年到來，到2026年還會有16層堆疊的產品，會向更加定制化的方向發(fā)展，而HBM4E最早會在2026年投產。這是SK海力士首次提及HBM4E，確認了新標準的存在，據悉，其帶寬將是上一代產品的1.4倍。

5月中旬，在2024年歐洲技術研討會上，臺積電表示，將使用其12FFC+（12nm級）和N5（5nm級）制程工藝制造HBM4芯片。

臺積電設計與技術平臺高級總監(jiān)表示：“我們正在與主要的HBM內存合作伙伴（美光、三星、SK海力士）合作，開發(fā)HBM4全棧集成的先進制程，N5制程可以使HBM4以更低的功耗提供更多的邏輯功能。”

N5制程允許將更多的邏輯功能封裝到HBM4中，并實現(xiàn)非常精細的互連間距，這對于邏輯芯片上的直接鍵合至關重要，可以提高AI和HPC處理器的內存性能。

相對于N5，臺積電的12FFC+工藝（源自該公司的16nm FinFET 技術）更加經濟，制造的基礎芯片能構建12層和16層的HBM4內存堆棧，分別提供48GB和64GB的容量。

臺積電還在優(yōu)化封裝技術，特別是CoWoS-L和CoWoS-R，以支持HBM4集成。這些先進的封裝技術有助于組裝多達12層的HBM4內存堆棧。新的轉接板能確保2000多個互連的高效路由，同時保持信號完整性。據臺積電介紹，到目前為止，實驗性HBM4內存在14mA時的數據傳輸速率已達到6 GT/s。

臺積電還在與Cadence、Synopsys和Ansys等EDA公司合作，對HBM4通道信號完整性、IR/EM和熱精度進行認證。

?04、三星尋求與臺積電合作

由于英偉達在AI服務器芯片市場處于霸主地位，而該公司的高性能GPU都是由臺積電代工生產的，因此，在對HBM內存大廠的產品進行驗證時，臺積電扮演著重要的角色。此時，雖然是晶圓代工領域的競爭對手，但要在HBM內存市場拓展出更多空間，在進行產品驗證時，三星必須面對臺積電。

今年4月，三星電子共同執(zhí)行長慶桂顯低調訪臺，傳拜訪了臺積電，消息人士透露，慶桂顯此行的任務中，最主要是推廣三星最新的HBM內存。

之前，臺積電與SK海力士聯(lián)手，組成名為“One Team”的戰(zhàn)略同盟，共同開發(fā)下一代HBM4內存，目標是通過匯集臺積電與SK海力士在新一代AI半導體封裝上的技術優(yōu)勢，鞏固雙方在AI市場的地位。

慶桂顯此行，對于三星HBM3E產品盡快通過英偉達驗證有積極作用，同時，三星也希望臺積電能夠將其HBM內存推薦給客戶，以實現(xiàn)將三星產品整合進更多AI芯片和服務器系統(tǒng)。