三星提前半年完成HBM4开发，瞄准英伟达AI加速器市场

三星提前半年完成HBM4开发，瞄准英伟达AI加速器市场

三星电子正在加速推进第六代高带宽内存（HBM）"HBM4"的开发工作，计划在今年上半年完成产品开发和量产审批流程（PRA），这比原计划提前了约6个月。这一举动主要是为了应对英伟达在AI加速器领域的快速布局。英伟达计划于今年第三季度提前推出下一代AI加速器"Rubin"，而每个Rubin将配备8个HBM4单元。作为回应，三星决定将HBM路线图提前，原计划今年下半年量产的HBM4提前至上半年完成开发。

HBM，全称为High Bandwidth Memory，是为了满足不断增长的带宽需求而设计的一种新型内存。传统的DRAM技术在面对大数据和复杂计算时，常常出现带宽不足的问题，这严重制约了处理性能。HBM采用创新的3D堆叠设计，通过垂直叠加多个DRAM芯片，并利用硅通孔（TSV）技术实现相互连接，从而显著提高了内存带宽和数据传输速度。

HBM的主要优势包括：

• 高带宽：HBM通过其独特的设计方式，提供超过传统DDR内存数倍的带宽，能够更有效地支持AI模型和复杂算法的运行。
• 大容量：在同样的物理空间中，HBM可实现更高的存储密度，适合高性能计算（HPC）和大数据分析需求。
• 低延迟：相较于传统内存，HBM因其短距离连接技术，能有效减少数据传输的延迟，使得计算处理更加高效。
• 低功耗：HBM在维持高带宽的同时，功耗更低，有助于提高整体系统的能效。

在AI应用中，HBM的重要性日益凸显。AI芯片需要高算力和大带宽，HBM能满足AI大模型训练和推理的需求。HBM相比GDDR具有更高传输带宽、存储密度和更低功耗。特斯拉Dojo超级计算平台计划整合HBM4以加速AI模型训练。

三星电子的HBM4内存采用了创新的4nm制程工艺，这在存储芯片的制造领域中是一个显著的技术进步。HBM4具备高达6.4GT/s的数据传输速率，单个堆栈的带宽更是达到了1.6TB/s，比HBM3e提升了40%。这样的性能提升，使得HBM4能够支持日益扩大的数据需求，特别是在自动驾驶及大数据处理等关键领域。

然而，高功耗和发热却是HBM4面临的主要挑战，三星电子力图通过更先进的制造工艺来降低能耗，并优化性能。在实际使用中，HBM4尤其适合需要快速数据处理的场景。专业用户和开发者能够在运行复杂算法和大规模数据模型时，体验到低延迟、高带宽带来的极大便利。尤其是在未来的自动驾驶汽车和超级计算平台中，HBM4预计将会发挥至关重要的作用。

在与“同门”SK海力士的HBM技术比拼中，三星电子终于挣回了一点面子。1月5日，供应链有消息称，三星DS部门存储业务部约在今年1月初完成了HBM4内存逻辑芯片设计。根据该设计，三星电子Foundry业务部采用4nm制程工艺试产。在完成逻辑芯片最终性能验证后，三星将提供HBM4样品验证。

逻辑芯片，即Logic die（也称Base die），在HBM最底层，由DRAM堆叠而成，是控制多层DRAM的核心部件。HBM的核心优势，采用了3D堆叠技术，将多个DRAM芯片垂直堆叠在一起。通过硅通孔（TSV）技术实现芯片间的高速信号传输，大幅缩短了数据传输的距离和延迟，从而能以极高带宽为处理器提供数据支持。

自从三星电子在HBM市场的领先地位被SK海力士夺走后，三星电子在2023年先后调整了4-5次DS部门的技术架构和领导人，“咬牙”要通过HBM4在韩国SK海力士那里逐步夺回曾经独属于自己的业界尊严。三星电子在HBM3e代际的市场一哥地位被SK海力士取代。2024年，三星频繁调整技术人力资源，为2025年通过全新技术手段，在HBM4代际，以独立的4nm工艺代工的Base die，取得和SK海力士HBM技术发展持平的地位。

这种超越，主要是“欺负”SK海力士没有代工能力。此前的消息显示，SK海力士正在和台积电实施战略捆绑，靠台积电的5nm工艺推动HBM4的Base die设计制造。HBM（High Bandwidth Memory），也就是高带宽存储器，主要应用于高性能计算（HPC）、人工智能（AI）和图形处理（GPU）等领域。

HBM技术已发展至第六代，即HBM（初代）、HBM2（第二代）、HBM2e（第三代）、HBM3（第四代），HBM3e（第五代）以及HBM4（第六代）。初代HBM带宽128GB/s，由此拉开了数据高速传输的序幕；到HBM4，数据传输速率已高达6.4GT/s（2048位接口），单个堆栈带宽已达1.6TB/s，这个带宽是HBM3e的1.4倍，功耗还能降低30%。如此之高的数据传输速度，带给HBM4的压力主要就是能耗（发热）太高，进而影响HBM4的性能发挥。在整个HBM4套件中，发热最高的部分即Base die。因此，三星电子希望用更先进的4nm工艺取得领先优势。

但是，三星电子在高制程芯片能耗控制方面，一向不是台积电对手，这次能反超台积电吗？这还要看三星HBM4正式样品出来后的测试结果。从这个角度上看，三星电子的“领先”，只限于某个环节，即设计速度更快，但性能究竟如何，目前还不知道。三星电子也明白其中的关键，故而业界有消息称三星电子自谓：“我们确实不再具备像以前那样在内存业务上与竞争对手拉开明显差距的优势；由于我们自己拥有代工工艺，我们对快速制造逻辑芯片以满足客户的定制需求持乐观态度。”

可见，三星电子很清楚，这次只是靠自己的4nm工艺先于竞对完成Base die的设计工作，但并没取得对SK海力士的全面领先。为了对SK海力士保持更具优势的领先，三星电子此次还想通过第六代10nm（c）DRAM芯片用于堆叠在HBM中的通用DRAM。SK海力士目前正在用第五代10nm（b）DRAM。就算是小幅技术领先，毕竟也是领先不是？

之前业界的消息显示，三星电子计划采用“混合键合”的新方法堆叠16hi（层）的HBM4产品。目前，HBM4分12hi（层）和16hi（层）两类；HBM3e则分为8hi（层）和12hi（层）。混合键合是一种通过铜堆叠芯片的工艺，无需使用传统方式连接芯片的“凸块”，从而能缩小尺寸并提高性能。三星电子采用了更先进的“热压缩非导电粘合膜（TC-NCF）”技术，能改进每次堆叠芯片时放置薄膜状材料的性能，实现最多可堆叠12hi（层）的HBM产品。

目前，三星电子目前正在快速推进代工工艺。由于前几代产品落后于竞争对手，三星电子正在加快HBM4的进度，以快速响应客户的样品测试和改进要求。SK海力士也没闲着，该公司计划在2025年底量产HBM4，三星电子也有差不多的时间表。

HBM4的开发和量产不仅代表了三星在技术上的一次突破，更是全球高带宽存储市场的一次重大进展。它不仅支持了未来智能设备对存储性能的高要求，同时也展示了三星在半导体领域竞争力的再度回归。对于消费者来说，能够体验到更快、更稳定的存储解决方案，从而在众多应用场景中获得更佳的使用体验，这种期待是显而易见的。未来，更多的创新将随之而来，值得我们拭目以待。

随着AI和云计算时代的到来，高带宽存储器的出现为数据处理带来了更多可能性。HBM不仅解决了传统内存带宽不足的问题，也为未来的计算技术提供了更加稳健的基础。对于企业及开发者来说，了解和掌握HBM技术，将有助于在竞争激烈的市场中占据先机。在这个快速变化的时代，充实自己的知识库、关注前沿技术的发展显得尤为重要。

根据市场研究机构TrendForce的预测，HBM市场到2025年有望突破100亿美金，主要推动因素包括AI和大数据的飞速发展。随着对计算性能的需求不断增加，各大存储厂商纷纷加大对新一代HBM技术的投入。目前，三星和SK海力士等公司已在研发第四代HBM（HBM4），期望能进一步提升带宽和降低功耗，以应对未来的市场需求。

然而，HBM的广泛应用也引发了一些技术和市场挑战。例如，美国政府对HBM的出口限制，意在减缓中国的AI行业发展。虽然这种政策对市场短期内产生了一定影响，但同时也刺激了中国本土企业在HBM技术上的自主研发，推动国产HBM的快速崛起。

对于三星来说，HBM4的开发和量产具有重要意义。由于HBM3E产品进入英伟达供应链耗时超过一年，三星迫切需要在HBM4领域取得突破。市场预计，今年上半年三星将加入HBM4的开发和量产竞赛，HBM不仅将成为半导体行业的关注焦点，也将受到金融投资市场的更多关注。