在昨天之前，HBM產業還是維持著一個SK海力士遙遙領先，三星和Micron在後面苦苦追趕的局面。雖然日前有消息指出，三星的HBM3獲得了美國的認證，但是依然還沒能撼動SK海力士在輝達GPU裡的地位，甚至韓國儲存巨頭的HBM進度還落後於美光。
昨天白天，有一則新的消息透露，因為美國即將限制對中國的HBM供應，這引發了中國企業的HBM搶購潮，但重點依然圍繞著落後的HBM工藝。
不過，在經歷了昨晚之後，HBM產業似乎將迎來巨變。
三星，終於獲得認證
如前所說，三星在當前最先進的HBM3E方面依然沒有獲得GPU巨頭的認可，這某種程度上一直打擊著韓國儲存巨頭的信心。但終於，他們也拿到了這張入場票。
據三位了解結果的消息人士稱，三星電子第五代高頻寬記憶體芯——HBM3E的一個版本已通過Nvidia 的測試，可用於其人工智慧(AI) 處理器。這項資格為這家全球最大的記憶體晶片製造商掃清了一個重大障礙，該公司一直在努力追趕當地競爭對手SK 海力士，後者在供應能夠處理生成AI 工作的先進記憶體晶片的競爭中脫穎而出。
消息人士稱，雖然三星和Nvidia 尚未簽署已批准的八層HBM3E 晶片的供應協議，但很快就會簽署，消息人士補充說，他們預計將在2024 年第四季開始供應。但消息人士同時透露，這家韓國科技巨頭的12 層HBM3E 晶片尚未通過Nvidia 的測試，由於此事仍屬機密，因為消息人士拒絕透露姓名。
對此消息，三星和Nvidia 均拒絕置評。
作為動態隨機存取記憶體或DRAM 標準，HBM於2013 年首次推出，其中的晶片垂直堆疊以節省空間並降低功耗。作為人工智慧圖形處理單元(GPU) 的關鍵元件，它有助於處理複雜應用程式產生的大量資料。根據路透社5 月引述消息人士報導，三星自去年以來一直在尋求透過Nvidia 對HBM3E 和之前的第四代HBM3 型號的測試，但由於發熱和功耗問題而舉步維艱。
據了解情況的消息人士稱，該公司此後已重新設計了HBM3E 設計以解決這些問題。
三星在5 月路透社文章發表後表示，其晶片因發熱和功耗問題而未通過Nvidia 測試的說法是不實的。路透社上個月報導稱，Nvidia 最近認證了三星HBM3 晶片，可用於為中國市場開發的不太複雜的處理器。
三星毫無疑問是HBM產業的追趕者，因為在這個儲存的落後，他們的儲存團隊在最近幾個發生了多起變動，甚至公司的HBM研發團隊也進行了多次的重組。不過，從最近的成績看來，他們也取得了一些進步。
上面的消息固然不用贅言，從三星最新的財報我們發現，韓國儲存巨頭的HBM銷售額年增超過50%，營業利潤高達6.45兆韓元，這一成績遠超出市場預期。能獲得這樣的表現當然與他們與全球知名圖形處理器製造商NVIDIA的緊密合作密不可分。
SK Hynix，緊抱客戶
在三星來勢洶洶之際，SK Hynix也不可能坐以待斃，他們在韓國本土大力發展HBM技術和擴充產能之際，還積極擁抱美國，緊抱客戶，避免任何良機的錯失。在昨日晚些時候，美國商務部與SK 海力士簽署了一項價值10 億美元的協議，用於建造高頻寬記憶體(HBM) 先進封裝和研發(R&D) 工廠，這無疑給HBM龍頭打下了又一針強心針。
據報導，SK 海力士公司將獲得美國4.5 億美元的初始撥款和5 億美元的貸款，用於在印第安納州建設一個先進的晶片封裝和研究設施，該項目將增強美國在人工智慧供應鏈關鍵部分的產能。
報告指出，這座耗資38.7 億美元的工廠將封裝高頻寬記憶體晶片，供Nvidia Corp. 等AI 晶片製造商使用，而這家韓國公司在這一領域佔據主導地位。據一位不願透露姓名的商務部官員稱，SK 海力士預計將從韓國向其美國工廠運送自己的記憶體晶片。該工廠預計將創造約1,000 個就業機會。除了撥款和貸款外，SK 海力士還預計將像其他在美國建廠的公司一樣享受25% 的稅收抵免。
如上所說，SK海力士有意擴大其在向Nvidia 供應HBM 晶片方面對三星電子和美光科技的領先優勢，這一優勢幫助其市值自2022 年底以來翻了一番。同時，封裝，即將晶片裝入外殼並準備連接到設備的過程，已成為中美技術衝突的關鍵領域。
美國商務部長吉娜·雷蒙多表示：「今天與SK 海力士達成的歷史性聲明將進一步鞏固美國的人工智慧硬體供應鏈，這是世界上任何其他國家都無法比擬的，所有主要的先進半導體製造和封裝參與者都將在中國建設或擴張。
美國總統科技助理兼白宮科技政策辦公室主任Arati Prabhakar 表示：「先進封裝對人工智慧和其他尖端系統越來越重要，但它需要極其精確的製造流程。借助《晶片與科學法案》的激勵措施，SK海力士將為我們國家所依賴的複雜計算系統做出重大貢獻。
SK海力士執行長郭魯正（Kwak Noh-Jung）表示：「我們非常感謝美國商務部的支持，很高興能與美國商務部合作，讓這項轉型計畫全面實現。我們正在推動印第安納州生產基地的建設，與印第安納州、普渡大學和我們的美國業務合作夥伴合作，最終從西拉斐特供應尖端的人工智慧記憶體產品。並幫助為全球半導體產業建立更強大、更具彈性的供應鏈。
初次以外，SK海力士將與普渡大學合作制定HBM研發專案計劃，其中包括與普渡大學的Birck奈米技術中心以及其他研究機構和產業合作夥伴合作進行先進封裝和異質整合。
混合鍵合，必爭之地
兩家巨頭在產品和客戶方面大力推進同時，他們也在技術上面加緊佈局，如Hybrid Bonding，就是他們兩家都看好的新技術，也是他們的必爭之地。
三星在最近的一篇論文中表示，它認為製造16 堆疊高頻寬記憶體(HBM) 需要混合鍵結。
三星在論文中表示，較低的高度是採用混合鍵結的主要原因。為了將17 個晶片（一個基礎晶片和16 個核心晶片或堆疊）封裝在775 微米的尺寸中，必須縮小晶片之間的間隙。除了應用混合鍵合之外，解決此問題的其他方法是使核心晶片盡可能薄或減少凸塊間距。
然而，除了混合鍵合之外的兩種方法被認為已經達到了極限。一位知情人士表示，將核心晶片的厚度控制在30 微米以下非常困難。三星在其論文中也指出，由於凸塊的體積，使用凸塊連接晶片有其限制。這家科技巨頭也指出，凸塊短路問題使得縮小間距變得困難。
三星還分享了其計劃如何使用混合鍵合來製造HBM。邏輯晶圓經過化學機械拋光(CMP) 和等離子製程。然後，晶圓經過去離子水沖洗。然後堆疊晶片。經過CMP 後，核心晶片經過晶片分離製程。此後的製程步驟與邏輯晶圓相同。進行等離子製程和沖洗以激活表面。這會在表面形成氫氧化物，從而將顆粒鍵結在一起。經過退火過程後，銅也會被鍵結。
SK海力士PKG產品開發擔任李圭濟（Lee Gyu-jei）副社長也在近日接受公司內部採訪的時候指出，「最近，混合鍵合等新一代封裝技術受到廣泛關注，該技術能在產品厚度不在變的情況下，透過增加晶片堆疊層數來提升產品性能和容量。 儘管頂層與底層晶片間距變窄導致的散熱問題依然存在，但這項技術有望成為可以滿足客戶日益多樣化性能需求的一種解決方案。
他表示，2013年，SK海力士成功將TSV技術應用於其全球第一代HBM產品。 TSV是一項關鍵技術，透過在多個DRAM上打數千個微孔，使其垂直互連至電極，從而實現HBM的超高速性能。
「最初SK海力士也是猶豫的公司之一。但我們認為，想要應對未來市場，必須同時掌握能夠實現高性能和高容量的TSV技術和包括堆疊（Stacking）在內的晶圓級封裝（WLP , Wafer Level Packaging）技術。他進一步指出，在推出應用了MR-MUF技術的HBM2E，SK海力士開始改變HBM的市場格局，而MR-MUF技術也因此成為SK海力士書寫「HBM成功故事」的核心。
據他透露，在12層HBM3研發過程中，晶片堆疊層數增加，因此SK海力士極需提升散熱性能。對於12層HBM3，傳統的MR-MUF技術難以解決更薄晶片的翹曲問題。
為克服這些局限性，他們對MR-MUF技術進行了升級，並開發了先進MR-MUF技術。借助此項技術，該公司去年成功開發並量產了全球首款12層HBM3。今年3月，SK海力士又量產了全球最高性能的HBM3E。此外，從下半年開始，HBM龍頭將向各大AI科技企業提供採用此技術的12層HBM3E。隨著其應用領域的不斷拓展，這項技術將進一步為鞏固SK海力士在HBM市場的技術領先地位而提供支援。
「不久前，業界曾有不實傳言稱MR-MUF技術難以實現高層數堆疊。為此，我們積極與客戶溝通，闡明MR-MUF技術是高難度疊層的最佳解決方案。這項努力也讓我們再次贏得了客戶的信任與認可。
值得一提的是，在去年年底於美國舉行的全球半導體會議IEDM 2023 上，SK 海力士宣布，已確保HBM 製造中使用的混合鍵合製程的可靠性。 SK 海力士報告稱，其第三代HBM（HBM2E）採用8 層堆疊DRAM，在使用混合鍵合製程製造後，通過了所有領域的可靠性測試。在本次測試中，SK 海力士評估了HBM 在高溫下的使用壽命，並檢查了產品出貨後客戶在晶片鍵合過程中可能出現的潛在問題等，涉及四個類別。
根據TheElec 獲悉，半導體封裝公司Genesem 已向晶片製造商SK Hynix 提供其下一代混合鍵合設備，用於生產高頻寬記憶體(HBM)。消息人士稱，Genesem 已提供了兩台設備，安裝在SK Hynix 的試驗工廠，以測試混合鍵合製程。
該記憶體製造商計劃在2026 年在其HBM 生產中應用混合鍵合。
客製化，下一步
正如李圭濟（Lee Gyu-jei）所說，為確保SK海力士的HBM市場領導地位，必須持續研發各種新一代封裝技術，以回應市場對客製化（Custom）產品不斷增長的需求。
為此，在今年4月，全球最大的HBM供應商SK海力士與全球代工廠台積電聯手推出HBM4。據報導，兩家公司將首先致力於針對搭載於HBM封裝內最底層的基礎晶片（Base Die）進行效能改善。
對SK海力士有了解的讀者應該知道，這家儲存巨頭以往的HBM產品，包括HBM3E（第五代HBM產品）都是基於公司自身製程工藝製造了基礎裸片，但從HBM4產品開始計劃採用台積電的先進邏輯（Logic）製程。若在基礎晶片採用超細微製程可以增加更多的功能。由此，公司計劃生產在性能和功效等方面更廣的滿足客戶需求的客製化（Customized）HBM產品。
同時，雙方將協力優化SK海力士的HBM產品與台積電的CoWoS技術融合，共同因應HBM相關客戶的要求。
擁有晶圓代工hang等領先技術的三星電子公司也不甘落後，他們計劃利用其尖端的4奈米代工製程量產下一代HBM。有消息人士表示，三星將採用4nm代工製程生產第六代HBM4晶片的邏輯晶片。邏輯晶片位於晶片堆疊的底部，是控制DRAM 的HBM 晶片的核心組件。
三星高層表示：「與台積電和SK海力士不同，讓晶片設計師參與HBM4生產是我們的獨特優勢。」知情人士透露，這家科技集團已將系統LSI部門的員工派往新成立的HBM開發團隊。
在這些動作背後，是因為客製化HBM將成為解決記憶體半導體市場供過於求問題的新方案。
SK海力士的CEO郭魯正也曾強調，「隨著HBM4的不斷推進，客製化需求將不斷增加，成為全球趨勢，並轉向合約化，供過於求的風險將逐步降低。」他補充道，「我們將開發符合客戶需求的技術。
隨著人工智慧(AI) 的出現，HBM 市場正從通用市場演變為「客戶客製化」市場。三星電子和SK 海力士都致力於在這個客製化HBM 的新時代吸引客戶。三星在「代工論壇」上的聲明以及其對HBM3E 和HBM4 產品的持續開發反映了其對這一趨勢的承諾。同時，SK 海力士與台積電的合作及其先進封裝技術計畫凸顯了其滿足客戶特定需求的策略方針。
隨著客製化HBM 市場持續成長，三星和SK 海力士之間的競爭預計將加劇。兩家公司都在利用各自的優勢和合作夥伴關係，在這個快速發展的行業中保持領先。轉向客製化不僅解決了供應過剩的問題，而且還使生產與客戶的特定需求保持一致，從而確保高頻寬記憶體市場更加穩定和可持續。
再加上Micron的不確定因素，HBM市場，依然值得期待。 (半導體產業觀察)