2024年，存儲(chǔ)新技術(shù)DDR、HBM等大放異彩！

邁過(guò)2023年的經(jīng)濟(jì)逆風(fēng)行業(yè)下行周期，2024年存儲(chǔ)市場(chǎng)起勢(shì)，存儲(chǔ)芯片價(jià)格上漲。為了適配近兩年人工智能熱浪需求，存儲(chǔ)新技術(shù)革新步伐加速，DDR、LPDDR、GDDR新技術(shù)在2024年迎來(lái)放量周期；HBM加速邁進(jìn)，HBM3/HBM3e持續(xù)突破，有望帶動(dòng)存儲(chǔ)市場(chǎng)迸發(fā)新的活力。

一
2024是DRAM技術(shù)迸發(fā)活力的一年

從1998年三星生產(chǎn)出最早的商用DDR SDRAM芯片，到DDR1、DDR2、DDR3、DDR4的延續(xù)，再到今年躍升主流的DDR5，和即將到來(lái)的DDR6、DDR7，DRAM技術(shù)還在持續(xù)突破。按照不同的應(yīng)用場(chǎng)景劃分，固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)（JEDEC）把DRAM分成標(biāo)準(zhǔn)DDR、LPDDR、GDDR三類(lèi)，其中DDR主要應(yīng)用于服務(wù)器和PC端，LPDDR主要應(yīng)用于手機(jī)端和消費(fèi)電子，GDDR的主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)閳D像處理領(lǐng)域，近期上述三類(lèi)DRAM技術(shù)新品對(duì)原廠(chǎng)營(yíng)收占比貢獻(xiàn)不斷上升。

2024年是DDR5/LPDDR5的天下

在主流DRAM市場(chǎng)格局上，三星、美光、SK海力士三分天下，目前DDR5/LPDDR5市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。

以上述三家為主流。此外，中國(guó)臺(tái)灣存儲(chǔ)企業(yè)華邦及南亞科技，以及大陸存儲(chǔ)企業(yè)長(zhǎng)鑫存儲(chǔ)的定位也在主流DRAM市場(chǎng)。

從過(guò)往歷史看，每代DDR新標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布后都需要經(jīng)過(guò)2年左右的優(yōu)化，才能實(shí)現(xiàn)性能的較為全面的穩(wěn)定提升，而后實(shí)現(xiàn)對(duì)上一代產(chǎn)品的市場(chǎng)替代則可能需要3到5年的時(shí)間。業(yè)界數(shù)據(jù)顯示，DDR3和DDR4都享有大約7年的生命周期。DDR4存儲(chǔ)器標(biāo)準(zhǔn)于2012年發(fā)布，而其初代產(chǎn)品則于2014年入市，直到2016年才實(shí)現(xiàn)了市場(chǎng)份額的大幅提升。

對(duì)于最新一代的DDR5而言，經(jīng)歷了2023年上半年的產(chǎn)能爬坡和性能攀升，下半年在三大原廠(chǎng)營(yíng)收比重不斷上升，并在2024年正式迎來(lái)黃金發(fā)展期。

據(jù)TrendForce集邦咨詢(xún)研究顯示，2023年四季度三星（Samsung）營(yíng)收高達(dá)79.5億美元，季增幅度逾五成，主要受惠于1alpha nm DDR5出貨拉升，使得Server DRAM的出貨位元季增超過(guò)60%。SK海力士（SK hynix），雖然出貨位元季增僅1~3%，然持續(xù)受惠于HBM、DDR5的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，以及來(lái)自于高容量Server DRAM模組的獲利，平均銷(xiāo)售單價(jià)季增17~19%，第四季營(yíng)收達(dá)55.6億美元，季增20.2%。美光（Micron）量?jī)r(jià)齊揚(yáng)，出貨位元及平均銷(xiāo)售單價(jià)均季增4~6%，DDR5與HBM比重相對(duì)低，故營(yíng)收成長(zhǎng)幅度較為和緩，第四季營(yíng)收達(dá)33.5億美元，季增8.9%。

而LPDDR5方面，TrendForce集邦咨詢(xún)認(rèn)為，AI PC有望帶動(dòng)PC平均搭載容量提升，并拉高PC DRAM的LPDDR比重。以Microsoft定義的滿(mǎn)足NPU 40 TOPS的CPU而言，共有三款且依據(jù)出貨時(shí)間先后分別為Qualcomm Snapdragon X Elite、AMD Strix Point及Intel Lunar Lake。其中，三款CPU的共同點(diǎn)為皆采用LPDDR5x，而非現(xiàn)在主流采用的DDR SO-DIMM模組，主要考量在于傳輸速度的提升；以DDR5規(guī)格而言，目前速度為4800-5600Mbps，而LPDDR5x則是落于7500-8533Mbps，對(duì)于需要接受更多語(yǔ)言指令，及縮短反應(yīng)速度的AI PC將有所幫助。因此，TrendForce集邦咨詢(xún)預(yù)期，今年LPDDR占PC DRAM需求約30~35%，未來(lái)將受到AI PC的CPU廠(chǎng)商的規(guī)格支援，從而拉高LPDDR導(dǎo)入比重再提升。

行業(yè)人士表示，由于DDR5/LPDDR5(X)技術(shù)愈發(fā)成熟，其保質(zhì)期或?qū)⒈壬弦淮L(zhǎng)。目前，存儲(chǔ)廠(chǎng)商目前擴(kuò)產(chǎn)重點(diǎn)集中在HBM、DDR5與LPDDR5(X)產(chǎn)品上。

TrendForce集邦咨詢(xún)研究顯示，產(chǎn)能規(guī)劃方面，三星去年第四季大幅減產(chǎn)，在庫(kù)存壓力改善后，今年第一季投片開(kāi)始回升，稼動(dòng)率約為80%。下半年旺季，需求預(yù)期將較上半年明顯增溫，產(chǎn)能會(huì)持續(xù)拉高至第四季。SK海力士則積極擴(kuò)張HBM產(chǎn)能，投片量緩步增加，隨著HBM3e量產(chǎn)后，相關(guān)先進(jìn)制程投片亦持續(xù)上升。美光投片量有回溫趨勢(shì)，后續(xù)將積極增加其先進(jìn)制程1beta nm比重，用于生產(chǎn)HBM、DDR5與LPDDR5(X)產(chǎn)品，因先進(jìn)制程的設(shè)備增加，屆時(shí)產(chǎn)能將較為收斂。

GDDR7顯存標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布

3月6日，JEDEC（固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)）正式發(fā)布了GDDR7顯卡（JES239圖形雙倍數(shù)據(jù)速率(GDDR7)SGRAM）技術(shù)規(guī)范，旨在提供更高的帶寬、更高的數(shù)據(jù)傳輸速率、更高的能效和更大的存儲(chǔ)容量，以支持未來(lái)高性能計(jì)算應(yīng)用的發(fā)展。

官方披露，JESD239GDDR7是第一款使用脈沖幅度調(diào)制(PAM)接口進(jìn)行高頻操作的JEDEC標(biāo)準(zhǔn)DRAM。其PAM3接口提高了高頻操作的信噪比(SNR)，同時(shí)提高了能效。通過(guò)使用3個(gè)電平(+1、0、-1)在2個(gè)周期內(nèi)傳輸3個(gè)比特，而傳統(tǒng)的NRZ(非歸零)接口在2個(gè)周期內(nèi)傳輸2個(gè)比特，PAM3在每個(gè)周期內(nèi)提供了更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，從而提高了性能。

相比GDDR6，GDDR7的帶寬是其兩倍，每個(gè)器件的帶寬可達(dá)192 GB/s。這是通過(guò)增加獨(dú)立通道數(shù)量至4個(gè)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。GDDR7還支持16 Gbit至32 Gbit的密度，并包括支持雙通道模式，可以將系統(tǒng)容量翻倍，可以滿(mǎn)足未來(lái)圖形、游戲、計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和人工智能應(yīng)用對(duì)高內(nèi)存帶寬不斷增長(zhǎng)的需求。

同時(shí)，核心獨(dú)立的 LFSR(線(xiàn)性反饋移位寄存器)訓(xùn)練模式，帶有眼罩和錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器，可提高訓(xùn)練精度，同時(shí)縮短訓(xùn)練時(shí)間。此外，通過(guò)整合最新的數(shù)據(jù)完整性功能，包括帶實(shí)時(shí)報(bào)告的片上 ECC (ODECC)、數(shù)據(jù)中毒、錯(cuò)誤檢查和清理以及帶命令阻塞的命令地址奇偶校驗(yàn)(CAPARBLK)，滿(mǎn)足 RAS(可靠性、可用性、可維護(hù)性)的市場(chǎng)需求。

在容量上，目前第一批GDDR7顯存只有2GB(16Gb)，和如今的GDDR6/6X一致，因此首發(fā)搭載的NVIDIA RTX 50系列、AMD RX 8000系列對(duì)于顯卡的需求還較大。JEDEC表示，未來(lái)會(huì)有3GB、4GB、6GB甚至是8GB，其中3GB這種反常規(guī)容量是首次出現(xiàn)。

目前，AMD和NVIDIA都已經(jīng)加入了這個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)，而三星和美光也已經(jīng)確定了下一代GDDR7內(nèi)存模塊的開(kāi)發(fā)計(jì)劃。三星的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)32Gbps的速度，而美光則計(jì)劃推出24Gb+32 Gbps的芯片。據(jù)悉，美光在其最新的路線(xiàn)圖中也公布了到2026年達(dá)到36Gbps和24Gb+的內(nèi)存模塊。

LPDDR6內(nèi)存規(guī)格今年第三季度敲定？

此外，近日韓媒etnews引援業(yè)內(nèi)人士消息，新一代移動(dòng)端 DRAM 內(nèi)存規(guī)范 LPDDR6 有望今年 3 季度公布。

據(jù)悉，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定組織JEDEC固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)近日在葡萄牙首都里斯本召開(kāi)了下一代移動(dòng)端隨機(jī)存取處理器標(biāo)準(zhǔn)咨詢(xún)會(huì)。此次會(huì)議中，與會(huì)各方進(jìn)行了豐富的討論，完成了 LPDDR6 標(biāo)準(zhǔn)的定稿工作，預(yù)計(jì)將于今年 3 季度正式發(fā)布。

公開(kāi)資料顯示，目前廣泛使用的LPDDR5規(guī)范發(fā)布于2019年。而升級(jí)版 LPDDR5X 規(guī)范于 2021 年推出，進(jìn)行了多項(xiàng)調(diào)整以實(shí)現(xiàn)更高速度，最高可達(dá) 8533Mbps。此外，SK海力士還推出了基于私有規(guī)范的 9.6Gbps LPDDR5T 產(chǎn)品，美光也推出了同等速率的 LPDDR5X 內(nèi)存。

近年來(lái)，憑借其能效和速率優(yōu)勢(shì)，LPDDR 的市場(chǎng)從智能手機(jī)等傳統(tǒng)產(chǎn)品逐步擴(kuò)展至英偉達(dá) Grace 處理器等部分服務(wù)器處理器，以及一些 AI 專(zhuān)用芯片。而隨著 AI 的廣泛應(yīng)用，不僅移動(dòng)產(chǎn)品需要相較 LPDDR5X 更高速的內(nèi)存“喂飽”端側(cè) AI 模型，后兩類(lèi)處理器也需求更大的內(nèi)存帶寬。同時(shí)，三大用途對(duì)內(nèi)存功耗均有著嚴(yán)苛的要求。行業(yè)人士表示，LPDDR6 標(biāo)準(zhǔn)的兩大開(kāi)發(fā)重點(diǎn)就是提高數(shù)據(jù)吞吐率和最小化功耗。

etnews消息稱(chēng)，高通驍龍8 Gen 4有望成為首款支持 LPDDR6 內(nèi)存的產(chǎn)品。

二
HBM技術(shù)漸進(jìn)，市場(chǎng)需求巨大

據(jù)TrendForce集邦咨詢(xún)資深研究副總吳雅婷表示，目前2024年HBM（High Bandwidth Memory）市場(chǎng)主流為HBM3，NVIDIA新世代含B100或H200的規(guī)格則為最新HBM3e產(chǎn)品。不過(guò)，由于A(yíng)I需求高漲，目前英偉達(dá)（NVIDIA）以及其他品牌的GPU或ASIC供應(yīng)緊俏，除了CoWoS是供應(yīng)瓶頸，HBM亦同，主要是HBM生產(chǎn)周期較DDR5更長(zhǎng)，投片到產(chǎn)出與封裝完成需要兩個(gè)季度以上所致。

吳雅婷表示，目前NVIDIA現(xiàn)有主攻H100的存儲(chǔ)器解決方案為HBM3，SK海力士是最主要供應(yīng)商，然而供應(yīng)不足以應(yīng)付整體AI市場(chǎng)所需。至2023年末，三星以1Znm產(chǎn)品加入NVIDIA供應(yīng)鏈，盡管比重仍小，但可視為三星于HBM3世代的首要斬獲。

HBM3e預(yù)計(jì)下半年逐季放量，三星、美光加入供應(yīng)行列

由于三星是AMD長(zhǎng)期以來(lái)最重要的策略供應(yīng)伙伴，2024年第一季，三星HBM3產(chǎn)品也陸續(xù)通過(guò)AMD MI300系列驗(yàn)證，其中包含其8h與12h產(chǎn)品，故自2024年第一季以后，三星HBM3產(chǎn)品將會(huì)逐漸放量。值得注意的是，過(guò)去在HBM3世代的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)中，美光（Micron）始終沒(méi)有加入供應(yīng)行列，僅有兩大韓系供應(yīng)商獨(dú)撐，且SK海力士HBM市占率目前為最高，三星將隨著后續(xù)數(shù)個(gè)季度MI300逐季放量，市占率將急起直追。

而自2024年起，市場(chǎng)關(guān)注焦點(diǎn)即由HBM3轉(zhuǎn)向HBM3e，預(yù)計(jì)下半年將逐季放量，并逐步成為HBM市場(chǎng)主流。據(jù)TrendForce集邦咨詢(xún)調(diào)查，第一季由SK海力士率先通過(guò)驗(yàn)證，美光緊跟其后，并于第一季底開(kāi)始遞交HBM3e量產(chǎn)產(chǎn)品，以搭配計(jì)劃在第二季末鋪貨的NVIDIA H200。三星由于遞交樣品的時(shí)程較其他兩家供應(yīng)商略晚，預(yù)計(jì)其HBM3e將于第一季末前通過(guò)驗(yàn)證，并于第二季開(kāi)始正式出貨。由于三星HBM3的驗(yàn)證已經(jīng)有了突破，且HBM3e的驗(yàn)證若無(wú)意外也即將完成，這也意味著該公司的出貨市占于今年末將與SK海力士拉近差距。

消息稱(chēng)JEDEC有望放寬HBM4標(biāo)準(zhǔn)，混合鍵合還在未來(lái)

據(jù)韓媒ZDNet Korea報(bào)道，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定組織 JEDEC 固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)有望放寬對(duì)HBM4內(nèi)存的高度限制，內(nèi)存廠(chǎng)商無(wú)需被迫轉(zhuǎn)向混合鍵合（Hybrid Bonding）。

據(jù)悉，JEDEC的主要參與者最近同意將HBM4產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)定為775微米（μm），比上一代的720微米更厚。據(jù)悉，該協(xié)議或?qū)?duì)三星電子、SK海力士、美光等主要內(nèi)存制造商的未來(lái)封裝投資趨勢(shì)產(chǎn)生重大影響。

先進(jìn)封裝的意義旨在實(shí)現(xiàn)更大的互連密度（每個(gè)區(qū)域有更多的互連），減少跡線(xiàn)長(zhǎng)度（trace length ）以降低每比特傳輸?shù)难舆t和能量。作為先進(jìn)封裝技術(shù)中的顯眼存在，自誕生起，混合鍵合就被寄予厚望。

混合鍵合用于芯片的垂直（或 3D）堆疊?；旌湘I合的顯著特點(diǎn)是它是無(wú)凸塊的。它從基于焊料的凸塊技術(shù)轉(zhuǎn)向直接銅對(duì)銅連接。這意味著頂部die和底部die彼此齊平。兩個(gè)芯片都沒(méi)有凸塊，而是只有可縮放至超細(xì)間距的銅焊盤(pán)。沒(méi)有焊料，因此避免了與焊料相關(guān)的問(wèn)題。與以前的基于凸塊的互連相比，混合鍵合引入了一系列全新的技術(shù)和工藝挑戰(zhàn)。為了實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的鍵合，對(duì)表面光滑度、清潔度和粘合對(duì)準(zhǔn)精度有非常嚴(yán)格的要求。

業(yè)界曾有言“混合鍵合將成為自EUV以來(lái)半導(dǎo)體制造最具變革性的創(chuàng)新”，事實(shí)是否如何我們目前還不可得知，但是，可以看到的是三星電子、SK海力士、美光都在你追我趕，爭(zhēng)相發(fā)力進(jìn)一步突破這種技術(shù)。

假如JEDEC放寬對(duì)HBM4內(nèi)存的高度限制，內(nèi)存廠(chǎng)商無(wú)需著急鍵合技術(shù)的飛躍。如果封裝厚度為775微米，使用現(xiàn)有的鍵合技術(shù)如引線(xiàn)鍵合、倒裝芯片鍵合和硅通孔（TSV）鍵合等就可以充分實(shí)現(xiàn)16層DRAM堆疊HBM4。畢竟解決當(dāng)下市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題還是必要的。并且考慮到混合鍵合的投資成本巨大，存儲(chǔ)器公司很可能將重點(diǎn)放在升級(jí)現(xiàn)有鍵合技術(shù)上。

但是值得注意的是，上述提到的鍵合技術(shù)有其局限性，并不能很好的適配未來(lái)3D封裝日益增長(zhǎng)的復(fù)雜性和性能要求。目前，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上下游都對(duì)混合鍵合技術(shù)變革充滿(mǎn)期待，隨著先進(jìn)制程研發(fā)愈演愈烈，混合鍵合技術(shù)的市場(chǎng)在未來(lái)值得期待。