一、相比于DDR4等产品,HBM在带宽、功耗、封装体积等方面具备明显优势
根据观研报告网发布的《中国HBM行业现状深度研究与投资前景预测报告(2024-2031年)》显示,HBM(High Bandwidth Memory)意为高带宽存储器,是一种面向需要极高吞吐量的数据密集型应用程序的DRAM,HBM 的作用类似于数据的“中转站”,就是将使用的每一帧,每一幅图像等图像数据保存到帧缓存区中,等待GPU 调用。
HBM 在带宽、功耗、封装体积方面具备明显优势。按照不同应用场景,行业标准组织 JEDEC 将DRAM 分为三个类型:标准 DDR、移动 DDR 以及图形 DDR,图形 DDR 中包括 GDDR 和 HBM。相比于标准的 DDR4、DDR5 等产品,以 GDDR 和 HBM 为代表的图形 DDR 具备更高的带宽,其中HBM 在实现更大带宽的同时也具备更小的功耗和封装尺寸。
DRAM产品对比
参数 | DDR4 | DDR5 | GDDR6 | HBM |
带宽(Gbps) | 中 | 高(409) | 高(576) | 最高(2400) |
速率(Gbps) | (204) | 6.4 | 18 | 2/2.4 |
颗粒/组合位宽(bits) | 3.2 | 64 | 32 | 1024 |
系统设计难度 | 64 | 适中 | 高 | 最高 |
能耗比(mW/Gbps) | 简单 | 5 | 8 | 2 |
使用总成本 | 6 | 适中 | 高 | 最高 |
可靠性/良率 | 低高 | 高 | 中 | 低 |
资料来源:观研天下整理
二、AI芯片所需HBM大幅提升,带动HBM行业整体市场规模快速扩大
AI发展对数据的处理速度、存储容量、能源效率都提出了更高的要求。HBM相比传统采用DRAM的方式,更能满足AI的高性能和低功耗要求,是AI时代不可或缺的产品。
随着AI的快速发展,HBM的用量大幅提升,整体市场规模快速扩大。根据数据,2023年全球AI芯片所需要的HBM达19.2亿Gb,预计2024年全球AI芯片所需要的HBM达63.7亿Gb,增幅高达232%,2025年增速预计仍将超过100%。
数据来源:观研天下数据中心整理
2023年全球HBM产业收入达43.5亿美元,预计2024年全球HBM产业收入快速增长至183亿美元,同比涨幅超过300%,2025年全球HBM产业收入超450亿美元,涨幅仍超过100%。
数据来源:观研天下数据中心整理
三、HBM持续迭代,高代际产品比例提升下出货均价呈现增长态势
HBM目前总共有五代产品,分别为HBM1/2/2E/3/3E,现阶段正开发HBM4。2014年,SK海力士与AMD联合开发了全球首款硅通孔HBM产品;2018年,海力士发布第二代HBM产品HBM2,关键改进是伪通道模式、用于通道的硬修复和软修复的通道重新映射模式、防过热保护等,数据速率和能耗均有所改善;2020年,海力士发布第三代产品HBM2E是HBM2的扩展版本,与HBM2相比,HBM2E具有技术更先进、应用范围更广泛、速度更快、容量更大等特点,同时HBM2E的散热性能也比HBM2高出36%;2021年10月,海力士依旧全球率先发布首款HBM3,持续巩固其市场领先地位;2024年,海力士全球率先开始量产8/12层HBM3E,实现了现有HBM产品中最大的36GB容量。11月4日,海力士正式于2024年SK AI峰会上宣布开发全球最大容量16层堆叠HBM3E;展望未来,预计HBM4 12hi(12层)产品将于2026年发布,而HBM4 16hi(16层)产品将于2027年首次亮相。
HBM五代产品
类别 | HBM1 | HBM2 | HBM2E | HBM3 | HBM3E | HBM4 | HBM4E |
时间 | 2014年 | 2018年 | 2020年 | 2022年 | 2024年 | 2026年 | 2028年 |
芯片密度 | 2Gb | 8Gb | 16Gb | 16Gb | 24Gb | TBD | TBD |
堆叠高度 | 4层 | 4层/8层 | 4层/8层 | 8层/12层 | 8层/12层/16层 | 12层/16层 | 16层/20层 |
容量 | 1GB | 4GB/8GB | 8GB/16GB | 16GB/24GB | 24GB/36GB/48GB | 36GB/48GB | 49GB-64GB |
带宽 | 128GB/s | 307GB/s | 460GB/s | 819GB/s | 1.18TB/s | 1.5TB/S | 2+TB/S |
I/O速率 | 1Gbps | 2.4Gbps | 3.6Gbps | 6.4Gbps | 8Gbps | TBD | TBD |
工艺 | - | 20 | 1Y,1Z | 1Z | 1α,1β | 1β,1c | - |
资料来源:观研天下整理
随着高代际HBM产品比例不断提升,HBM出货均价呈现上升态势。根据数据,2023年HBM3及以上代际产品出货量合计约45%,2024年预计提升至82%左右。2024年HBM2、2E、3、3E(代际由低到高)价格分别为1.55、1.29、1.38、1.71美元/Gb。随着高代际产品比例提升,整体HBM出货均价呈现逐步增长态势,预计2024年整体均价可达1.5美元/Gb。
数据来源:观研天下数据中心整理
数据来源:观研天下数据中心整理
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四、全球HBM市场由海力士、三星、美光垄断,国产化值得期待
HBM市场由海力士、三星、美光垄断,其中海力士份额最高。2022年,SK海力士占据HBM内存市场50%的份额,三星占40%,美光占10%。海力士、三星、美光具备技术优势,预计2025年三星、海力士和美光仍占据主要市场,市场份额将分别为42%、45%和13%。
数据来源:观研天下数据中心整理
从国内市场看,目前HBM国产化自供率不足1%,发展空间极大。随着AI的发展,GPU/TPU与HBM的重要性日益凸显,虽然美国禁止英伟达和AMD向中国出售高端GPU,我国仍有一批优秀的企业正积极研发突破,并已可顺利量产出具有一定竞争力的GPU/TPU产品;但在HBM领域,目前国内受制于DRAM和先进封装量产工艺,仍处于积极研发状态,尚无大规模量产产品
基于HBM在AI发展中的重要性和国内目前的稀缺性,国内掌握DRAM生产工艺和先进封装工艺的各家厂商或通过自研,或通过合作的方式,积极研发HBM产品,HBM国产化值得期待。
资料来源:观研天下整理(zlj)
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