巨頭之間的競爭從不曾停歇。在內存領域，一場關于HBM（High Bandwidth Memory，高帶寬存儲器）的競逐賽已悄然打響。

從2D到3D DRAM之“革命”

作為存儲器市場的重要組成部分，DRAM技術不斷地升級衍生。近年來，如同閃存從2D NAND向3D NAND發(fā)展一樣，DRAM也正在從2D向3D技術發(fā)展，其中HBM為主要代表產品。

據了解，HBM主要是通過硅通孔（Through Silicon Via， 簡稱“TSV”）技術進行芯片堆疊，以增加吞吐量并克服單一封裝內帶寬的限制，將數個DRAM裸片像摩天大廈中的樓層一樣垂直堆疊，裸片之間用TVS技術連接。

“TSV——在DRAM芯片上搭上數千個細微孔并通過垂直貫通的電極連接上下芯片的技術。該技術在緩沖芯片（buffer chip）上將數個DRAM芯片堆疊起來，并通過貫通所有芯片層的柱狀通道傳輸信號、指令、電流。相較傳統(tǒng)封裝方式，該技術能夠縮減30%體積，并降低50%能耗?！盚BM的主要供應商SK海力士在其新聞稿中如此介紹。

憑借TSV方式，HBM大幅提高容量和數據傳輸速率，與傳統(tǒng)內存技術相比，HBM具有更高帶寬、更多I/O數量、更低功耗、更小尺寸，可應用于高性能計算（HPC）、超級計算機、大型數據中心、人工智能/深度學習、云計算等領域。隨著5G商用到來，存儲數據量激增，市場對于HBM的需求將有望大幅提升。

從技術角度看，HBM使得DRAM從傳統(tǒng)2D轉變?yōu)榱Ⅲw3D，充分利用空間、縮小面積，正契合半導體行業(yè)小型化、集成化的發(fā)展趨勢。HBM突破了內存容量與帶寬瓶頸，被視為新一代DRAM解決方案，業(yè)界認為這是DRAM通過存儲器層次結構的多樣化開辟一條新的道路，革命性提升DRAM的性能。

美光新入局 三巨頭齊爭霸

在HBM的誕生與發(fā)展過程中，AMD和SK海力士可謂功不可沒。據了解，最早是AMD意識到DDR的局限性并產生開發(fā)堆疊內存的想法，后來其與SK海力士聯手研發(fā)HBM；2013年，SK海力士將TSV技術應用于DRAM，在業(yè)界首次成功研發(fā)出HBM；2015年，AMD在Fury系列顯卡上首次商用第一代HBM技術。

第一代HBM面世商用后，SK海力士與三星即開始了一場你追我趕的競賽。

2016年1月，三星宣布開始批量生產4GB HBM2 DRAM，同時表示將在同一年內生產8GB HBM2 DRAM封裝，隨后于2017年7月宣布增產8GB HBM2；2017年下半年，被三星后來者居上的SK海力士亦開始量產HBM2；2018年1月，三星宣布開始量產第二代8GB HBM2“Aquabolt”。

近兩年來，SK海力士和三星均開始加速布局HBM。2019年8月，SK海力士宣布成功研發(fā)出新一代“HBM2E”，并于今年7月宣布開始量產；2020年2月，三星正式宣布推出其16GB HBM2E產品“Flashbolt”，當時表示將在今年上半年開始量產。

根據三星官方介紹，其16GB HBM2E Flashbolt通過垂直堆疊八層10納米級16千兆比特（GB）DRAM晶片，能夠提供高達410千兆比特/秒（GB/s）的卓越內存帶寬級別和每引腳3.2 GB/s的數據傳輸速度。

SK海力士方面表示，其HBM2E以每個引腳3.6Gbps的處理速度，每秒能處理超過460GB的數據，包含1024個數據I/O（輸入/輸出）；通過TSV技術垂直堆疊8個16GB芯片，其HBM2E單顆容量16GB。

至此，SK海力士與三星的步伐均來到了量產HBM2E。據SK海力士7月在其新聞稿中透露，現在正是走向HBM3的時候了，目前JEDEC在討論制定HBM3產品的標準。

競逐賽仍在繼續(xù)，值得一提的是，今年另一家存儲器巨頭美光亦宣布加入到這一賽場中來。

據報道，今年3月美光在其財報電話會議上表示，今年晚些時候將推出其首款HBM DRAM方案。報道還稱，美光的HBM2E計劃將在2020下半年上市，并預計美光HBMNext將在2022年面世，HBMNext可能是HBM2E技術的升級版本。

TrendForce集邦咨詢發(fā)布的2020第二季度全球DRAM廠自有品牌內存營收排名顯示，三星、SK海力士、美光依次位列前三，占據了DRAM超過90%市場份額。隨著美光的加入，HBM賽場集齊三大DRAM巨頭，主要玩家從原來的兩強激戰(zhàn)變成三雄爭霸之格局。

或許，這一場競逐賽才剛剛開始。

上下游廠商發(fā)力 搶占先機

在存儲巨頭們激烈角逐的同時，上下游廠商亦在積極布局。

如客戶方面，AMD和英偉達兩大顯卡廠商已多次在其產品上采用HBM DRAM。AMD當初攜手SK海力士研發(fā)HBM，并在其Fury顯卡采用全球首款HBM；2017年AMD旗下Vega顯卡使用HBM 2，再如2019年AMD Radeon VII顯卡搭載的亦為HBM2。

今年年初，媒體曝光AMD下一代顯卡將采用HBM2E，不過其今年10月發(fā)布的Radeon RX 6900 XT并未搭載，但基于SK海力士與三星均已量產HBM2E，或許AMD的產品亦已在路上。

英偉達對HBM的熱情不遜于AMD。2016年，英偉達發(fā)布其首個采用帕斯卡架構的顯卡Tesla P100，這款產品搭載HBM2并于2017年4月開始供貨，包括后面的Tesla V100也采用了HBM2；此外，2017年初英偉達發(fā)布的Quadro系列專業(yè)卡中的旗艦GP100亦采用了HBM2。今年5月，英偉達推出Tesla A100計算卡，也搭載了容量40GB HBM2。

英特爾也曾在其產品上集成HBM。2017年12月，英特爾發(fā)布了全球首款集成HBM2顯存的FPGA（現場可編程陣列）芯片“Strtix 10 MX”，可提供高達512GB/s的帶寬，相比于獨立DDR2顯存提升了10倍。

值得一提的是，晶圓代工廠商包括如臺積電、格芯等也在發(fā)力HBM相關技術。

今年3月，臺積電宣布與與博通合作強化CoWoS平臺，該平臺技術常用于HBM的整合封裝，新一代CoWoS技術能夠容納多個邏輯系統(tǒng)單芯片以及多達6個HBM，提供高達96GB的存儲容量。

前不久，業(yè)內消息稱臺積電將量產其第六代CoWoS技術，可在單個封裝內集成12顆HBM。

2019年11月，格芯與SiFive也宣布共同開發(fā)基于12LP / 12LP+ FinFET工藝的HBM2E。據介紹，SiFive基于格芯12LP平臺和12LP+解決方案的可定制HBM接口將實現高帶寬存儲輕松集成到單個片上系統(tǒng)（SoC）解決方案中。

存儲巨頭相繼入局、上下游廠商發(fā)力，HBM受到越來越多的關注與青睞，有人甚至認為HBM未來將取代DDR。目前而言，DDR仍為DRAM市場主流產品，HBM市場占比較低，亦仍有待進一步提升技術、降低成本，但隨著5G時代到來，HBM未來或將大有所為。
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