英伟达的一举一动牵引着全世界AI从业者与投资者的目光。
近日,据日经新闻报道,英伟达计划从三星采购高带宽内存(HBM)芯片。黄仁勋表示:HBM内存非常复杂,附加值非常高,可以提高能源效率,并且随着耗电的人工智能芯片变得更加普遍,可以帮助世界变得更加可持续。
要知道HBM是什么,首先要知道存储芯片是什么。
芯片市场主要可以分为存储芯片、逻辑芯片、微处理器和模拟芯片,其中存储芯片又叫做半导体存储器,是电子系统中存储和计算数据的载体,我们可以将其理解为数字信息的载体或者数字世界的“记忆”,是目前应用面最广、市占率最高的集成电路基础性产品之一。据WSTS数据,过去20年存储器长期占半导体销售额比重超20%,在集成电路产业中占据核心地位。
◎资料来源:中金公司
众所周知,对接着广阔下游应用的半导体是具有成长性的周期品,一轮完整的半导体周期约为4-5年,而正如我们在《》中所说,存储器是半导体细分领域中周期波动更强的环节,兼具大宗属性,其市场价格是供需结果,可以反映行业景气,所以我们通过存储复苏进度可以窥探半导体周期。
而去年下半年以来包含三星电子、SK海力士等韩国存储龙头的中韩半导体指数开始跑赢纯A股同类半导体指数,也正是由于这些存储大厂2Q23以来的业绩都传递出了存储器价格上行、行业减产趋势稳定、去库转向补库的信号。换句话说,2023年存储开始领衔半导体景气反转。
◎资料来源:WIND
不仅如此,存储乃至整个半导体行业面临的是周期与成长的共振——在2023年AI产业出现跨越式进步的同时,海量的算力需求不仅让微处理器从CPU时代走向GPU时代,也让存储器从DRAM时代走向HBM时代。
◎资料来源:东莞证券,中原证券,华泰柏瑞基金
按照是否需要持续通电以维持数据,半导体存储器可分为易失性存储和非易失性存储:
前者(RAM)需要维持通电以临时保存数据供CPU读写和处理,可实现对数据的高速读写,通常作为操作系统或其他正在运行中程序的临时数据存储媒介。目前市面上的主流路线是DRAM,广泛应用于智能手机、PC、服务器等下游领域,产业重心经历了美国(1969-1984年)、日本(1985-1996年)、韩国(1996-现在)的转移,主要玩家由几十家淘汰到三星电子、美光、SK海力士三家。(资料来源:WSTS,YOLE)
后者(ROM)无需持续通电亦能长久保存数据,主流路线包括NAND Flash和NOR Flash。NAND Flash下游应用以SSD和智能手机为主,我们熟悉的U盘就是NAND Flash的一种;而NOR Flash则是由日本东芝公司在1987年发明,曾一度为主流存储芯片,后因不具备成本优势,逐渐被NAND Flash替代,成为利基型产品,不过2014年起智能手机、智能穿戴、汽车电子等终端应用场景的技术发展和需求增长,也为NOR Flash带来新的市场增量空间。(资料来源:WSTS,YOLE)
◎资料来源:Digitimes,申万宏源证券,华泰柏瑞基金
截至2022年,DRAM与NAND Flash合计占据全球存储器97%的市场,其中DRAM销售额占比近六成,NAND Flash销售额占比为四成,NOR Flash市占率虽小(2%),但2016年后以11%的增速增长。三者市场均高度集中,主要由韩美企业主导,NOR市场则有中国玩家一席之地。
◎2021年主要存储器产品市场格局/资料来源:WSTS,YOLE,华泰柏瑞基金
这次的HBM,一个标签就是“GPU的超强辅助”。GPU要求大规模并行计算的速率提升,但通常存储的读取速度和计算的处理速度之间存在一定时间差,存储供应商需要做的就是将存力与运力提升到与算力匹配,而HBM就是一种为提高传输速率和存储容量而生的技术路线。
◎HBM结构图/资料来源:AMD
如上图所示,我们其实可以简单地把HBM理解为堆叠在一起的DRAM,再和GPU封装在一起供AI服务器使用。通过这种“平房”变“楼房”的设计,存储器可以实现更大的容量、更高的带宽,从而满足AI服务器大规模高速计算的需求。从技术角度看,HBM促使DRAM从传统2D加速走向立体3D,充分利用空间、缩小面积,契合半导体行业小型化、集成化的发展趋势。
据TrendForce数据,三大原厂SK海力士、三星、美光2022年HBM市占率分别为50%、40%、10%,其中SK海力士作为先行者,2014年就与AMD联合开发了全球首款HBM产品, 2021年又开发出全球首款HBM3,其70%的良品率也为公司赢得了英伟达的订单。
而今天新闻的主角——三星,凭借着基础优势,也争先恐后地进入了升级周期。据华福证券,为弥补自身在HBM3良品率上的不足,三星正在采购芯片制造商使用的机器和材料,用环氧树脂填充内存芯片层间的缝隙。
无论如何,AI热潮方兴未艾,作为AI存储器解决方案的HBM在2024年整体营收或达到89亿美元,同比增长127%(资料来源:TrendForce)。而存储大国韩国,显然也将在很大程度上受益于这一轮半导体景气复苏以及产业升级新周期——
据韩国关税厅,2024年3月前10天半导体出口额同比增加21.7%,结合此前韩国银行发布的统计报告,到今年1月韩国已连续9个月实现贸易顺差,其中半导体出口大幅增加,与半导体投资密切相关的特殊用途机械指数同比也出现大幅攀升,由去年同期的-11.3%攀升至12.7%。
持续关注中韩半导体指数。
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