巨頭之間的競爭從不曾停歇。在內(nèi)存領(lǐng)域，一場關(guān)于HBM（High Bandwidth Memory，高帶寬存儲器）的競逐賽已悄然打響。
從2D到3D DRAM之“革命”
作為存儲器市場的重要組成部分，DRAM技術(shù)不斷地升級衍生。近年來，如同閃存從2D NAND向3D NAND發(fā)展一樣，DRAM也正在從2D向3D技術(shù)發(fā)展，其中HBM為主要代表產(chǎn)品。
據(jù)了解，HBM主要是通過硅通孔（Through Silicon Via, 簡稱“TSV”）技術(shù)進(jìn)行芯片堆疊，以增加吞吐量并克服單一封裝內(nèi)帶寬的限制，將數(shù)個(gè)DRAM裸片像摩天大廈中的樓層一樣垂直堆疊，裸片之間用TVS技術(shù)連接。
“TSV——在DRAM芯片上搭上數(shù)千個(gè)細(xì)微孔并通過垂直貫通的電極連接上下芯片的技術(shù)。該技術(shù)在緩沖芯片（buffer chip）上將數(shù)個(gè)DRAM芯片堆疊起來，并通過貫通所有芯片層的柱狀通道傳輸信號、指令、電流。相較傳統(tǒng)封裝方式，該技術(shù)能夠縮減30%體積，并降低50%能耗。”HBM的主要供應(yīng)商SK海力士在其新聞稿中如此介紹。
圖｜SK海力士官網(wǎng)
憑借TSV方式，HBM大幅提高了容量和數(shù)據(jù)傳輸速率，與傳統(tǒng)內(nèi)存技術(shù)相比，HBM具有更高帶寬、更多I/O數(shù)量、更低功耗、更小尺寸，可應(yīng)用于高性能計(jì)算（HPC）、超級計(jì)算機(jī)、大型數(shù)據(jù)中心、人工智能/深度學(xué)習(xí)、云計(jì)算等領(lǐng)域。隨著5G商用到來，存儲數(shù)據(jù)量激增，市場對于HBM的需求將有望大幅提升。
從技術(shù)角度看，HBM使得DRAM從傳統(tǒng)2D轉(zhuǎn)變?yōu)榱Ⅲw3D，充分利用空間、縮小面積，正契合半導(dǎo)體行業(yè)小型化、集成化的發(fā)展趨勢。HBM突破了內(nèi)存容量與帶寬瓶頸，被視為新一代DRAM解決方案，業(yè)界認(rèn)為這是DRAM通過存儲器層次結(jié)構(gòu)的多樣化開辟一條新的道路，革命性提升DRAM的性能。
美光新入局 三巨頭齊爭霸
在HBM的誕生與發(fā)展過程中，AMD和SK海力士可謂功不可沒。據(jù)了解，最早是AMD意識到DDR的局限性并產(chǎn)生開發(fā)堆疊內(nèi)存的想法，后來其與SK海力士聯(lián)手研發(fā)HBM；2013年，SK海力士將TSV技術(shù)應(yīng)用于DRAM，在業(yè)界首次成功研發(fā)出HBM；2015年，AMD在Fury系列顯卡上首次商用第一代HBM技術(shù)。
第一代HBM面世商用后，SK海力士與三星即開始了一場你追我趕的競賽。
2016年1月，三星宣布開始批量生產(chǎn)4GB HBM2 DRAM，同時(shí)表示將在同一年內(nèi)生產(chǎn)8GB HBM2 DRAM封裝，隨后于2017年7月宣布增產(chǎn)8GB HBM2；2017年下半年，被三星后來者居上的SK海力士亦開始量產(chǎn)HBM2；2018年1月，三星宣布開始量產(chǎn)第二代8GB HBM2“Aquabolt”。
近兩年來，SK海力士和三星均開始加速布局HBM。2019年8月，SK海力士宣布成功研發(fā)出新一代“HBM2E”，并于今年7月宣布開始量產(chǎn)；2020年2月，三星正式宣布推出其16GB HBM2E產(chǎn)品“Flashbolt”，當(dāng)時(shí)表示將在今年上半年開始量產(chǎn)。
圖｜三星官網(wǎng)
根據(jù)三星官方介紹，其16GB HBM2E Flashbolt通過垂直堆疊八層10納米級16千兆比特（GB）DRAM晶片，能夠提供高達(dá)410千兆比特/秒（GB/s）的卓越內(nèi)存帶寬級別和每引腳3.2 GB/s的數(shù)據(jù)傳輸速度。
SK海力士方面表示，其HBM2E以每個(gè)引腳3.6Gbps的處理速度，每秒能處理超過460GB的數(shù)據(jù)，包含1024個(gè)數(shù)據(jù)I/O（輸入/輸出）；通過TSV技術(shù)垂直堆疊8個(gè)16GB芯片，其HBM2E單顆容量16GB。
SK海力士的HBM技術(shù)線路圖，來源：SK海力士官網(wǎng)
至此，SK海力士與三星的步伐均來到了量產(chǎn)HBM2E。據(jù)SK海力士7月在其新聞稿中透露，現(xiàn)在正是走向HBM3的時(shí)候了，目前JEDEC在討論制定HBM3產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)。
競逐賽仍在繼續(xù)，值得一提的是，今年另一家存儲器巨頭美光亦宣布加入到這一賽場中來。
據(jù)報(bào)道，今年3月美光在其財(cái)報(bào)電話會(huì)議上表示，今年晚些時(shí)候?qū)⑼瞥銎涫卓頗BM DRAM方案。報(bào)道還稱，美光的HBM2E計(jì)劃將在2020下半年上市，并預(yù)計(jì)美光HBMNext將在2022年面世，HBMNext可能是HBM2E技術(shù)的升級版本。
TrendForce集邦咨詢發(fā)布的2020第二季度全球DRAM廠自有品牌內(nèi)存營收排名顯示，三星、SK海力士、美光依次位列前三，占據(jù)了DRAM超過90%市場份額。隨著美光的加入，HBM賽場集齊三大DRAM巨頭，主要玩家從原來的兩強(qiáng)激戰(zhàn)變成三雄爭霸之格局。
或許，這一場競逐賽才剛剛開始。
上下游廠商發(fā)力 搶占先機(jī)
在存儲巨頭們激烈角逐的同時(shí)，上下游廠商亦在積極布局。
如客戶方面，AMD和英偉達(dá)兩大顯卡廠商已多次在其產(chǎn)品上采用HBM DRAM。AMD當(dāng)初攜手SK海力士研發(fā)HBM，并在其Fury顯卡采用全球首款HBM；2017年AMD旗下Vega顯卡使用HBM 2，再如2019年AMD Radeon VII顯卡搭載的亦為HBM2。
今年年初，媒體曝光AMD下一代顯卡將采用HBM2E，不過其今年10月發(fā)布的Radeon RX 6900 XT并未搭載，但基于SK海力士與三星均已量產(chǎn)HBM2E，或許AMD的產(chǎn)品亦已在路上。
英偉達(dá)對HBM的熱情不遜于AMD。2016年，英偉達(dá)發(fā)布其首個(gè)采用帕斯卡架構(gòu)的顯卡Tesla P100，這款產(chǎn)品搭載HBM2并于2017年4月開始供貨，包括后面的Tesla V100也采用了HBM2；此外，2017年初英偉達(dá)發(fā)布的Quadro系列專業(yè)卡中的旗艦GP100亦采用了HBM2。今年5月，英偉達(dá)推出Tesla A100計(jì)算卡，也搭載了容量40GB HBM2。
英特爾也曾在其產(chǎn)品上集成HBM。2017年12月，英特爾發(fā)布了全球首款集成HBM2顯存的FPGA（現(xiàn)場可編程陣列）芯片“Strtix 10 MX”，可提供高達(dá)512GB/s的帶寬，相比于獨(dú)立DDR2顯存提升了10倍。
值得一提的是，晶圓代工廠商包括如臺積電、格芯等也在發(fā)力HBM相關(guān)技術(shù)。
今年3月，臺積電宣布與與博通合作強(qiáng)化CoWoS平臺，該平臺技術(shù)常用于HBM的整合封裝，新一代CoWoS技術(shù)能夠容納多個(gè)邏輯系統(tǒng)單芯片以及多達(dá)6個(gè)HBM，提供高達(dá)96GB的存儲容量。
前不久，業(yè)內(nèi)消息稱臺積電將量產(chǎn)其第六代CoWoS技術(shù)，可在單個(gè)封裝內(nèi)集成12顆HBM。
2019年11月，格芯與SiFive也宣布共同開發(fā)基于12LP / 12LP+ FinFET工藝的HBM2E。據(jù)介紹，SiFive基于格芯12LP平臺和12LP+解決方案的可定制HBM接口將實(shí)現(xiàn)高帶寬存儲輕松集成到單個(gè)片上系統(tǒng)（SoC）解決方案中。
存儲巨頭相繼入局、上下游廠商發(fā)力，HBM受到越來越多的關(guān)注與青睞，有人甚至認(rèn)為HBM未來將取代DDR。目前而言，DDR仍為DRAM市場主流產(chǎn)品，HBM市場占比較低，亦仍有待進(jìn)一步提升技術(shù)、降低成本，但隨著5G時(shí)代到來，HBM未來或?qū)⒋笥兴鶠椤?/p>