HBM的逆襲好戲！
2024年的半導體產業中，始終繞不開兩家韓國公司。
一家是三星半導體，另一家是SK海力士，這兩家共同控制了全球70至80%的內存市場，讓本來羈弱的本國半導體得以比肩美日歐等老牌發達國家，成為了韓國經濟騰飛的一個縮影。
耐人尋味的是，這兩家公司也與一般的半導體公司有所不同，它們的前綴代表了目前韓國最大的兩個財閥集團——三星和SK。
雖然說背靠大樹好乘涼，但三星半導體和SK海力士現在的境遇卻大有不同：後者憑著HBM和伺服器DRAM，已然走出了去年下行週期的陰影，但前者卻是屋漏偏逢連夜雨，一邊是HBM沒能通過英偉達的驗證，另一邊先進製程的代工業務也難有起色。
同樣是財閥，同樣是做內存，為什麼海力士就是比三星過得好呢？歸根到底，這是一場由HBM主導的逆襲好戲。
HBM的崛起
HBM的歷史最早可以追溯到十多年前。
2009年後，TSV（矽通孔）技術逐步成熟，這種新型三維堆疊封裝技術將多顆晶片(或晶圓)垂直堆疊在一起，然後在內部打孔、導通並填充金屬，實現多層晶片之間的電連接，能夠大幅減少半導體設計中的引線使用量，降低製程複雜度，進而提升速度、降低功耗、縮小體積。
隨著爾必達、海力士、三星和美光等廠商陸續推出採用TSV技術的DRAM，合併了ATi的AMD開始勾勒HBM的雛形，當時GPU所使用的GDDR顯存受到了內存頻寬和功耗控制的限制，而HBM的思路，就是用TSV技術打造立體堆疊式的顯存顆粒，讓“平房”進化為“樓房”，同時透過矽中介層讓顯存連接至GPU核心，並封裝在一起，完成顯存位寬和傳輸速度的提升。
為了完成HBM的設計，AMD找了幾個合作夥伴，分別是有3D 堆疊記憶體經驗的海力士，做矽中介層的聯電，以及負責封裝測試的日月光和Amkor。
潛心研發多年後， AMD和SK海力士在2013年共同推出了HBM初代技術與產品，並在2015年首次搭載於AMD的Radeon R9 Fury X顯示卡之上。
而AMD事業群CTO Joe Macri後續也對首次落地應用的HBM做了一系列回應。 Macri表示，AMD自2009年開始，就已經著手HBM的研發工作，在長達7年的時間裡，AMD與SK海力士在內的眾多業界夥伴一起完成了HBM的最終落地。
他在媒體問答中談到了HBM顯存的必要性，2015年主流的顯存規格是GDDR5，經過多年的使用和發展已經進入了瓶頸期，迫切需要新的替代技術。未來GPU的功耗不可能無限制地成長下去，越來越大的高規格顯存正在擠壓GPU核心的功耗空間，以前一張卡就200W功耗，顯存分到30W，而之後的大容量顯存卻水漲船高，60W、70W、80W……再加上核心的提升，一張顯示卡往往有五、六百瓦的功耗。
HBM就是為了解決上述問題而生的。 HBM初代的頻寬為4096bit，遠超GDDR5的512bit，在Radeon R9 Fury X上，HBM的每瓦頻寬超過35GB/秒，每瓦能效提高了3倍，且由於GPU核心和顯存封裝在了一起，還減輕了散熱的壓力，諸多優點，讓HBM這項技術一度成為了DRAM乃至半導體產業的焦點。
身為HBM的生產廠商，海力士的江湖地位自然也是水漲船高，雖然還比不過產業老大三星，但也是DRAM廠商中的佼佼者了。
三星的折戟
雖然AMD和海力士主導了HBM的研發，但一項行業的標準，顯然不能只靠兩家廠商，2015年HBM初代量產後，三星和英偉達等多家公司也參與到了第二代HBM，也就是HBM2的標準化進程之中。
三星的判斷非常果斷，沒有參與HBM研發的它，選擇直接跳過初代，直接主攻第二代HBM，該消息在2015年的IDF上宣佈時，引起了軒然大波，海力士苦心研發多年的HBM，三星居然已經在準備量產HBM2了，不愧是當初擊垮爾必達和奇夢達的DRAM霸主。
2016年1月31日，在美國舊金山舉行的國際半導體電路會議(ISSCC)上，海力士和三星分別公佈了自己的HBM2開發成果，SK海力士推出了64Gb容量的HBM2產品，而三星則推出了每秒可傳輸和接收307GB資料的HBM2產品，作為後來者，三星的HBM2產品甚至超出了標準的HBM2速度，這對海力士造成了不小的打擊。
2017年後，三星和海力士圍繞著HBM展開了一場激烈的爭奪戰：2017年下半年，SK海力士的HBM2宣佈量產；2018年1月，三星宣布開始量產第二代8GB HBM2“ Aquabolt」；2019年8月，SK海力士宣布成功研發出新一代「HBM2E」；2020年2月，三星宣布推出其16GB HBM2E產品「Flashbolt」，於2020年上半年開始量產…
三星一度在這場標準量產競賽中取得了領先，包括英偉達第一張搭載HBM的顯示卡——Tesla P100，也採用了來自三星的HBM2產品，而海力士此時還在因為AMD不再採用HBM而黯然神傷，在第二代標準上整整晚了一年多的時間。
如果按照最初的勢頭，那麼海力士很難有翻身的機會，苦心孤詣研發多年的幾乎卻為三星作了嫁衣，當時最大的HBM客戶英偉達也被三星拉攏，HBM市場似乎已經沒有了它的容身之處。
但三星自己卻犯了一個小小的錯誤，因為HBM的需求低於預期且無法保證盈利能力，它在2019 年解散了HBM的開發團隊，導致其在HBM3技術上遠遠落後於海力士，最終把HBM市場份額拱手讓給了海力士。
不只如此，在HBM這項技術上，三星和SK海力士各自採用不同的封裝方式。 SK的選擇是回流焊成型底部填充(MR-MUF) 方法，在烤箱中同時烘烤所有層，而三星則採用了熱壓縮非導電膜(TC NCF) 技術，在每層之間用薄膜堆疊芯片。
SK海力士的MR-MUF 技術可一次封裝多層DRAM。在DRAM 下方，有用於連接晶片的鉛基“凸塊”，MR 技術涉及加熱並同時熔化所有這些凸塊以進行焊接。連接所有DRAM 後，將執行稱為MUF 的製程來保護晶片，透過注入以出色的散熱性而聞名的環氧密封化合物來填充晶片之間的間隙並將其封裝起來，然後透過施加熱量和壓力使組件變硬，從而完成HBM。 SK海力士將此過程描述為“像在烤箱中烘烤一樣均勻地施加熱量並一次性粘合所有晶片，使其穩定而高效。”
三星的TC NCF 被稱為“非導電薄膜熱壓”，與MR-MUF略有不同。其每次堆疊晶片時，都會在各層之間放置一層非導電黏合膜。該膜是一種聚合物材料，用於將晶片彼此隔離，並保護連接點免受衝擊。三星逐步降低了NCF 材料的厚度，將其降至12 層第五代HBM3E 的7 微米(µm)。三星表示：“這種方法的優點是可以最大限度地減少隨著層數增加和晶片厚度減小而可能發生的翹曲，使其更適合構建更高的堆疊。”
但三星的TC NCF遠不如MR-MUF來得穩定，三星HBM3晶片的生產良率約10%~20%，而SK海力士的HBM3良率可達60%~70%。而且由於發熱和功耗問題。三星最新的HBM晶片尚未通過英偉達的測試，不僅影響了三星的HBM3 晶片，也影響到這家韓國科技巨頭打算在今年推向市場的HBM3E 晶片。
一度在HBM2和HBM2E上領先的三星，倒在了HBM3這一標准上，因為不夠賺錢而放緩技術研發的三星，看到如今海力士因HBM賺得盆滿缽滿，心裡也不知是何滋味。
重整旗鼓？
根據韓媒報道，三星在今年3月拆分了其下一代HBM 開發組織，以加強其在高頻寬記憶體(HBM) 領域的競爭力，計劃於明年量產的HBM4將由新組建的HBM開發團隊負責，而HBM3E 則由負責開發現有HBM 的DRAM 設計團隊處理，意圖透過這種雙軌輪流開放來追趕上海力士。
「最近成立的HBM開發團隊正專注於HBM4，三星電子一位熟悉此事的人士說，"而HBM3E 則由先前負責HBM 開發的D-RAM 設計團隊負責開發和量產。 "
就在3月份，三星電子設備解決方案（DS）部門總裁慶桂顯也表達了對HBM4 的信心，「我們有一個專門負責（HBM）的團隊，該團隊正在努力提高品質和生產力，」他自己的Instagram 帳戶上寫道，相信透過他們的努力，HBM的領導地位正在走向三星。 “我們的許多客戶都希望開發客製化的HBM4，我們將與他們一起努力實現這一目標。”
距離他這話落下兩個月後，三星在5月21日宣布半導體部門緊急換帥，全永鎘取代了慶桂顯，成為新任三星電子設備解決方案負責人，這位之前處理過SDI在三星Note7電池發熱起火危機的救火隊員，如今又是臨危受命，而他首先需要解決的，就是目前HBM的問題。
但大家似乎不看好三星半導體目前的處境，距離三星集團前董事長李健熙心臟病發作已有10年之久，但接任的李在鎔卻還沒有給整個集團，包括HBM在內的半導體業務制定一個清晰明確的願景，甚至有商界內部人士稱，李在鎔正在關注半導體以外的新產業。
反觀SK集團的掌舵人崔泰源呢，早在2010 年，他就在首爾的家中召集了一批半導體專家組成了一個"學習小組"，內容包括半導體的基本原理、半導體的歷史和全球技術趨勢，並力排眾議推動了隨後SK集團對海力士的收購。
而從今年年初開始，崔泰源也主持了SK海力士高層的每月會議，據韓媒報道，崔泰源在會上聽取了HBM和AI半導體等主要新業務的主要業務狀況介紹，同時還直接詢問了市場相關細節問題策略與研發（R&D）。
如果只看崔泰源和李在鎔的動向，不了解內情的普通人恐怕會覺得三星半導體依舊遙遙領先，而海力士才是那家陷入危機的公司。
當掌舵人都絲毫不關心的情況下，換帥的三星半導體能否在HBM領域再度追上海力士，就要打一個非常大的問號了。(半導體產業觀察)