存储器是AI系统顺畅运行的基础。大语言模型需要使用大型数据集进行训练以提升性能,具备更高带宽和更高容量的HBM,能够更快速读取和处理数据以进一步加速AI系统的训练进程。经过训练的AI模型被用来执行预测、处理新数据,HBM也能实现对预训练模型和相关数据的高速访问,加速AI推理进程。
HBM的火热,给市场掀起巨大波澜根据预测,2024年HBM需求位年增长率近200%,2025年有望再翻倍。SK海力士与美光曾公开表示,两家2024年的HBM已经售罄,就连2025年的HBM产量也几乎被预订一空。
供不应求的供需关系背后,HBM供应商们各个赚的盆满钵满。甚至在前几年存储市场数个季度持续低迷的态势下,HBM业务仍表现亮眼,成为拉动存储厂商需求提升的关键。
当前,HBM市场格局三分天下。有数据统计,SK海力士占据超过50%的市场份额,三星约占40%,美光市占率或不足10%。若以现阶段主流产品HBM3产品来看,SK海力士于HBM3市场比重超过9成,三星与美光紧追在后。
然而,除了三巨头之外,HBM对设备市场带来增量需求。对前道设备而言,HBM需要通过TSV进行垂直方向连接,会带动刻蚀设备、PECVD、PVD、ECD和减薄抛光等前道设备增量需求,但相对有限。
其中,TC Bonder(热压键合机),就是HBM制造过程的必备设备。
TC键合机对于HBM生产至关重要,它使用热压将芯片键合和堆叠在加工后的晶圆上,对HBM的良率有重大影响。因此,TC键合机被认为是HBM制造过程中不可或缺的设备之一,也是HBM浪潮中受益较大的环节之一。
为了提升HBM内存竞争力,三星再推新技术三星直到12层垂直堆叠HBM产品,一直都在使用热压缩(TC)键合技术。不过,随着HBM堆叠层数的增加,三星可能会选择改进工艺技术,以适应新一代HBM产品的生产需要。三星在之前的一篇采访文章中,再次重申了HBM4正在开发当中,将于2025年首次亮相。
据The Elec报道,三星计划生产的HBM4里,将分为12层及16层垂直堆叠两种,其中以16层垂直堆叠为主,打算在2026年量产。今年4月初,三星通过子公司Semes的混合键合设备生产了16层垂直堆叠的HBM4样品,且运行正常。三星认为,对于16层垂直堆叠及以上的HBM来说,混合键合技术至关重要。
随着堆叠层数的增加,需要缩小芯片之间的间隙,以满足JEDEC的规范要求,这非常具有挑战性。传闻JEDEC将12层及16层垂直堆叠的HBM4高度限制在775微米,这意味着三星需要在这高度内放入17块芯片,包括一块基座芯片和16块存储芯片。
目前三星使用的是TC NCF技术,需要高温高压将材料固化再熔化,然后进行清洗。按照目前的情况来看,12层垂直堆叠里已经逼近极限,引入混合键合技术可以缩小芯片之间的间隙,满足16层垂直堆叠HBM产品的生产需要。
与三星不同,SK海力士采用的是MR-RUF技术,将半导体芯片附着在电路上,使用EMC(液态环氧树脂模塑料)填充芯片之间或芯片与凸块之间的间隙。SK海力士计划2026年开始量产16层垂直堆叠的HBM4,目前正在研究采用MR-MUF和混合键合技术,但暂时良品率还不高。SK海力士认为混合键合技术有可能在不超过775微米的情况下,实现20层以上的堆叠。
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