Hudbay Minerals, a sudden change overnight

在昨日之前，HBM 行業還是維持着一個 SK 海力士遙遙領先，三星和 Micron 在後面苦苦追趕的局面。雖然日前有消息指出，三星的 HBM3 獲得了美國的認證，但是依然還沒能撼動 SK 海力士在英偉達 GPU 裏的地位，甚至韓國存儲巨頭的 HBM 進度還落後於美光。

昨日白天，有一則新的消息透露，因為美國即將限制對中國的 HBM 供應，這引發了中國企業的 HBM 搶購潮，但重點依然還是圍繞着落後的 HBM 工藝。

不過，在經歷了昨晚之後，HBM 產業似乎將迎來鉅變。

如前所説，三星在當前最先進的 HBM3E 方面依然沒有獲得 GPU 巨頭的認可，這某種程度上一直打擊着韓國存儲巨頭的信心。但終於，他們也拿到了這張入場票。

據三位瞭解結果的消息人士稱，三星電子第五代高帶寬內存芯——HBM3E 的一個版本已通過 Nvidia 的測試，可用於其人工智能 (AI) 處理器。這項資格為這家全球最大的內存芯片製造商掃清了一個重大障礙，該公司一直在努力追趕當地競爭對手 SK 海力士，後者在供應能夠處理生成 AI 工作的先進內存芯片的競爭中脱穎而出。

消息人士稱，雖然三星和 Nvidia 尚未簽署已獲批准的八層 HBM3E 芯片的供應協議，但很快就會簽署，消息人士補充説，他們預計將在 2024 年第四季度開始供應。但消息人士同時透露，這家韓國科技巨頭的 12 層 HBM3E 芯片尚未通過 Nvidia 的測試，由於此事仍屬機密，因為該消息人士拒絕透露姓名。

對此消息，三星和 Nvidia 均拒絕置評。

作為一種動態隨機存取存儲器或 DRAM 標準，HBM 於 2013 年首次推出，其中的芯片垂直堆疊以節省空間並降低功耗。作為人工智能圖形處理單元 (GPU) 的關鍵組件，它有助於處理複雜應用程序產生的大量數據。據路透社 5 月援引消息人士報道，三星自去年以來一直在尋求通過 Nvidia 對 HBM3E 和之前的第四代 HBM3 型號的測試，但由於發熱和功耗問題而舉步維艱。

據瞭解情況的消息人士稱，該公司此後已重新設計了 HBM3E 設計以解決這些問題。

三星在 5 月路透社文章發表後表示，其芯片因發熱和功耗問題而未通過 Nvidia 測試的説法是不實的。路透社上個月報道稱，Nvidia 最近認證了三星 HBM3 芯片，可用於為中國市場開發的不太複雜的處理器。

三星毫無疑問是 HBM 行業的追趕者，因為在這個存儲的落後，他們的存儲團隊在最近幾個發生了多起變動，甚至公司的 HBM 研發團隊也進行了多次的重組。不過，從最近的成績看來，他們也取得了一些進步。

上面的消息固然不用贅言，從三星最新的財報我們發現，韓國存儲巨頭的 HBM 銷售額同比增長超過 50%，營業利潤高達 6.45 萬億韓元，這一成績遠超出市場預期。能獲得這樣的表現當然與他們與全球知名圖形處理器製造商 NVIDIA 的緊密合作密不可分。

在三星來勢洶洶之際，SK Hynix 也不可能坐以待斃，他們在韓國本土大力發展 HBM 技術和擴充產能之際，還積極擁抱美國，緊抱客户，避免任何良機的錯失。在昨日晚些時候，美國商務部與 SK 海力士簽署了一項價值 10 億美元的協議，用於建設高帶寬存儲器 (HBM) 先進封裝和研發 (R&D) 工廠，這無疑給 HBM 龍頭打下了又一針強心針。

據報道，SK 海力士公司將獲得美國 4.5 億美元的初始撥款和 5 億美元的貸款，用於在印第安納州建設一個先進的芯片封裝和研究設施，該項目將增強美國在人工智能供應鏈關鍵部分的產能。

報道指出，這座耗資 38.7 億美元的工廠將封裝高帶寬內存芯片，供 Nvidia Corp. 等 AI 芯片製造商使用，而這家韓國公司在這一領域佔據主導地位。據一位不願透露姓名的商務部官員稱，SK 海力士預計將從韓國向其美國工廠運送自己的內存芯片。該工廠預計將創造約 1,000 個就業崗位。除了撥款和貸款外，SK 海力士還預計將像其他在美國建廠的公司一樣享受 25% 的税收抵免。

如上所説，SK 海力士有意擴大其在向 Nvidia 供應 HBM 芯片方面對三星電子和美光科技的領先優勢，這一優勢幫助其市值自 2022 年底以來翻了一番。與此同時，封裝，即將芯片裝入外殼並準備連接到設備的過程，已成為中美技術衝突的一個關鍵領域。

美國商務部長吉娜·雷蒙多表示：“今天與 SK 海力士達成的歷史性聲明將進一步鞏固美國的人工智能硬件供應鏈，這是世界上任何其他國家都無法比擬的，所有主要的先進半導體制造和封裝參與者都將在我國建設或擴張。”

美國總統科技助理兼白宮科技政策辦公室主任 Arati Prabhakar 表示：“先進封裝對人工智能和其他尖端系統越來越重要，但它需要極其精確的製造工藝。藉助《芯片與科學法案》的激勵措施，SK 海力士將為我們國家所依賴的複雜計算系統做出重大貢獻。與此同時，我們也在進行研發投資，以贏得未來。”

SK 海力士首席執行官郭魯正（Kwak Noh-Jung）表示：“我們非常感謝美國商務部的支持，很高興能與美國商務部合作，讓這一轉型項目全面實現。我們正在推進印第安納州生產基地的建設，與印第安納州、普渡大學和我們的美國業務合作伙伴合作，最終從西拉斐特供應尖端的人工智能內存產品。我們期待建立一個新的人工智能技術中心，為印第安納州創造技術性工作，並幫助為全球半導體行業建立更強大、更具彈性的供應鏈。”

初次以外，SK 海力士將與普渡大學合作制定 HBM 研發項目計劃，其中包括與普渡大學的 Birck 納米技術中心以及其他研究機構和行業合作伙伴合作進行先進封裝和異構集成。

兩家巨頭在產品和客户方面大力推進同時，他們還在技術上面加緊佈局，如 Hybrid Bonding，就是他們兩家都看好的新技術，也是他們的必爭之地。

三星在最近的一篇論文中表示，它認為製造 16 堆棧高帶寬存儲器 (HBM) 需要混合鍵合。

三星在論文中表示，較低的高度是採用混合鍵合的主要原因。為了將 17 個芯片（一個基礎芯片和 16 個核心芯片或堆棧）封裝在 775 微米的尺寸中，必須縮小芯片之間的間隙。除了應用混合鍵合之外，解決該問題的其他方法是使核心芯片儘可能薄或減小凸塊間距。

然而，除了混合鍵合之外的兩種方法被認為已經達到了極限。一位知情人士表示，將核心芯片的厚度控制在 30 微米以下非常困難。三星在其論文中還指出，由於凸塊的體積，使用凸塊連接芯片存在侷限性。這家科技巨頭還指出，凸塊短路問題使得縮小間距變得困難。

三星還分享了其計劃如何使用混合鍵合來製造 HBM。邏輯晶圓經過化學機械拋光 (CMP) 和等離子工藝。然後，晶圓經過去離子水沖洗。然後堆疊芯片。經過 CMP 後，核心芯片經過芯片分離工藝。此後的工藝步驟與邏輯晶圓相同。進行等離子工藝和沖洗以激活表面。這會在表面形成氫氧化物，從而將顆粒鍵合在一起。經過退火工藝後，銅也會被鍵合。

SK 海力士 PKG 產品開發擔當李圭濟（Lee Gyu-jei）副社長也在近日接受公司內部採訪的時候指出，“最近，混合鍵合等新一代封裝技術受到廣泛關注，該技術能在產品厚度不變的情況下，通過增加芯片堆疊層數來提升產品性能和容量。儘管頂層與底層芯片間距變窄導致的散熱問題依然存在，但這項技術有望成為可以滿足客户日益多樣化性能需求的一種解決方案。SK 海力士計劃持續提升當前先進 MR-MUF 技術的散熱性能，並確保新技術的研發。”

他表示，2013 年，SK 海力士成功將 TSV 技術應用於其全球第一代 HBM 產品中。TSV 是一項關鍵技術，通過在多個 DRAM 上打數千個微孔，使其垂直互連至電極，從而實現 HBM 的超高速性能。

“最初 SK 海力士也是猶豫的公司之一。但我們認為，想要應對未來市場，必須同時掌握能夠實現高性能和高容量的 TSV 技術和包括堆疊（Stacking）在內的晶圓級封裝（WLP, Wafer Level Packaging）技術。因此我們在 21 世紀初期就開始積極投入研發。” 李圭濟（Lee Gyu-jei）説。他進一步指出，在推出應用了 MR-MUF 技術的 HBM2E，SK 海力士開始改變 HBM 的市場格局，而 MR-MUF 技術也因此成為 SK 海力士書寫 “HBM 成功故事” 的核心。

據他透露，在 12 層 HBM3 研發過程中，芯片堆疊層數增加，因此 SK 海力士極需提升散熱性能。對於 12 層 HBM3，傳統的 MR-MUF 技術難以解決更薄芯片的翹曲問題。

為克服這些侷限性，他們對 MR-MUF 技術進行了升級，開發出了先進 MR-MUF 技術。藉助此項技術，公司去年成功開發並量產了全球首款 12 層 HBM3。今年 3 月，SK 海力士又量產了全球最高性能的 HBM3E。此外，從下半年開始，HBM 龍頭將向各大 AI 科技企業提供採用該技術的 12 層 HBM3E。隨着其應用領域的不斷拓展，這項技術將進一步為鞏固 SK 海力士在 HBM 市場的技術領先地位而提供支持。

“不久前，業界曾有不實傳言稱 MR-MUF 技術難以實現高層數堆疊。為此，我們積極與客户溝通，闡明 MR-MUF 技術是高難度疊層的最佳解決方案。這一努力也讓我們再次贏得了客户的信任與認可。” 李圭濟（Lee Gyu-jei）表示。

值得一提的是，在去年年底於美國舉行的全球半導體會議 IEDM 2023 上，SK 海力士宣佈，已確保 HBM 製造中使用的混合鍵合工藝的可靠性。SK 海力士報告稱，其第三代 HBM（HBM2E）採用 8 層堆疊 DRAM，在使用混合鍵合工藝製造後，通過了所有領域的可靠性測試。在本次測試中，SK 海力士評估了 HBM 在高温下的使用壽命，並檢查了產品出貨後客户在芯片鍵合過程中可能出現的潛在問題等，涉及四個類別。

據 TheElec 獲悉，半導體封裝公司 Genesem 已向芯片製造商 SK Hynix 提供其下一代混合鍵合設備，用於生產高帶寬存儲器 (HBM)。消息人士稱，Genesem 已提供了兩台設備，安裝在 SK Hynix 的試驗工廠，以測試混合鍵合工藝。

該存儲器製造商計劃在 2026 年在其 HBM 生產中應用混合鍵合。

正如李圭濟（Lee Gyu-jei）所説，為確保 SK 海力士的 HBM 市場領導地位，必須持續研發各種新一代封裝技術，以響應市場對定製（Custom）產品不斷增長的需求。

為此，在今年 4 月，全球最大的 HBM 供應商 SK 海力士與全球代工廠台積電聯手推出 HBM4。據報道，兩家公司將首先致力於針對搭載於 HBM 封裝內最底層的基礎裸片（Base Die）進行性能改善。

對 SK 海力士有了解的讀者應該知道，這家存儲巨頭以往的 HBM 產品，包括 HBM3E（第五代 HBM 產品）都是基於公司自身製程工藝製造了基礎裸片，但從 HBM4 產品開始計劃採用台積電的先進邏輯（Logic）工藝。若在基礎裸片採用超細微工藝可以增加更多的功能。由此，公司計劃生產在性能和功效等方面更廣的滿足客户需求的定製化（Customized）HBM 產品。

與此同時，雙方將協力優化 SK 海力士的 HBM 產品和台積電的 CoWoS 技術融合，共同應對 HBM 相關客户的要求。

擁有晶圓代工 hang 等領先技術的三星電子公司也不甘落後，他們計劃利用其尖端的 4 納米代工工藝量產下一代 HBM。有消息人士表示，三星將採用 4nm 代工工藝生產第六代 HBM4 芯片的邏輯芯片。邏輯芯片位於芯片堆棧的底部，是控制 DRAM 的 HBM 芯片的核心組件。

三星高管表示：“與台積電和 SK 海力士不同，讓芯片設計師參與 HBM4 生產是我們的獨特優勢。” 知情人士透露，這家科技集團已將系統 LSI 部門的員工派往新成立的 HBM 開發團隊。

在這些動作背後，是因為定製化 HBM 將成為解決存儲器半導體市場供過於求問題的新方案。

SK 海力士的 CEO 郭魯正也曾強調，“隨着 HBM4 的不斷推進，定製化需求將不斷增加，成為全球趨勢，並轉向合約化，供過於求的風險將逐步降低。” 他補充道，“我們將開發符合客户需求的技術。”

隨着人工智能 (AI) 的出現，HBM 市場正在從通用市場演變為 “客户定製” 市場。三星電子和 SK 海力士都致力於在這個定製化 HBM 的新時代吸引客户。三星在 “代工論壇” 上的聲明以及其對 HBM3E 和 HBM4 產品的持續開發反映了其對這一趨勢的承諾。同時，SK 海力士與台積電的合作及其先進封裝技術計劃凸顯了其滿足客户特定需求的戰略方針。

隨着定製化 HBM 市場持續增長，三星和 SK 海力士之間的競爭預計將加劇。兩家公司都在利用各自的優勢和合作夥伴關係，在這個快速發展的行業中保持領先地位。轉向定製不僅解決了供應過剩的問題，而且還使生產與客户的特定需求保持一致，從而確保高帶寬內存市場更加穩定和可持續。

再加上 Micron 的不確定因素，HBM 市場，依然值得期待。

本文作者：半導體行業觀察，來源：半導體行業觀察，原文標題：《HBM，一夜生變》