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    AI浪潮助推,台積電與韓國從敵人變盟友,HBM江山分杯羹,三星非常著急

    連于慧
    過去曾是張忠謀口中的兩隻「700磅大猩猩」的英特爾與三星,前者在COMPUTEX期間CEO積極巡攤位與下游OEM廠搏感情; 另一家三星則是SEMICON Taiwan期間,與台積電高層坐在台上華山論劍談AI,兩家公司高層中間還特別隔著一個Google代表,微妙的距離看上去是「友達以上,合作未滿」!
     



    在「AI晶片世紀對談」中,作為論壇主持人的日月光執行長吳田玉話鋒犀利指出:你們看這AI商機多大、多美好,迫使我們得跟韓國的朋友(指同在台上的三星)來討論AI這個議題。話一說完還不忘問台積電共同營運長米玉傑「我這樣說有太超過嗎?」


    他也不斷拋出同一個議題讓大家思考:今日我們對AI的投資如此巨大,包括三星、SK海力士、台積電在硬體製造上高度資本密集的投入,還有先進封裝、設備材料行業極力往前衝,但最大的受益者卻是美國,且前方回收之日十分漫長。
     



    三星記憶體業務副總李禎培Jung-bae Lee認為,現在只是投資播種期而已,呼籲要有耐心。
     



    確實,在AI時代已經明顯落後的三星,不但需要展現耐心極力追趕,更對勁敵台積電努力拋出橄欖枝。其實,就算三星想選擇「躺平」...大客戶Nvidia也絕對不會允許!
     



    只是,進入HBM4技術世代後,三星面臨的壓力會比以往更巨大,因為要面臨記憶體和邏輯兩大勁敵SK海力士和台積電的攜手合作。




     



    從HBM4技術開始,記憶體與邏輯之間的邊界開始被打破,台積電更是直接嶄露跨足記憶體的雄心,與SK海力士宣布合作共同開發HBM4記憶體,將於2026年正式量產。
     



    在HBM領域已經落後的三星,眼看SK海力士和台積電合作,心中著急自是不言而喻,在SEMICON TAIWAN 2024中,三星表示,HBM4合作將不限於自家晶圓代工廠,對台積電揮手的意圖十分明顯。
     



    翻開台積電的歷史,身為半導體常勝軍的張忠謀,DRAM一直是他的魔咒。台積電在1994年主導成立世界先進做DRAM,卻在2000年之後宣布退出,從此專注在邏輯製程領域,不碰記憶體。
     



    沒想到在20年後,AI這股颶風讓台積電順理成章打開記憶體大門,更與一向是對立面的韓國,並肩作戰成為技術盟友!
     



    為什麼HBM會需要台積電邏輯製程技術的幫助? 
     



    HBM的架構是將DRAM晶片堆疊在Base Die(基礎裸晶)之上,再用矽穿孔TSV技術結合,之前HBM的Base Die是用DRAM製程做,但從HBM4開始,考慮到需要更強大的運算功能和傳輸速度加快,HBM的Base Die需要改成用由先進邏輯製程生產。而SK海力士沒有邏輯先進製程,因此需要與台積電合作,預計雙方合作的HBM4產品會用到台積電的5奈米製程。
     



    李禎培在「AI晶片世紀對談」論壇中也指出,為了打破限制,HBM必須加入邏輯處理的技術,提供客製化HBM,現在三星HBM4的Base Die已經交給晶圓代工廠。
     



    他更強調,HBM4技術世代後,記憶體業者、晶圓代工廠、客戶三方之間的合作越將更為緊密,而三星本身有記憶體、晶圓代工等業務,可滿足客戶一條龍式生產服務。再者,三星記憶體已準備好Base Die的IP解決方案,可以提供給客戶自行設計,保持代工服務彈性,因此未來合作並不限於三星自己的晶圓代工廠。
     



    SK海力士社長金柱善(Justin Kim)也出席了大師論壇,表示2024年以來已經來台灣十次了! 至於為何而來,台下聽眾皆是會心一笑。
     



    SK海力士與三星一同出席SEMICON TAIWAN 2024舉辦的大師論壇,是這兩家韓系記憶體廠首次在台灣同台競技,目的都是拉攏台灣的半導體產業供應鏈。
     



    這要感謝AI時代,把台灣產業鏈的重要性提升到另一個高度與層次,讓台灣成功掌握PC、智慧型手機時代後,又站在AI時代的浪潮頂峰!
     



    金柱善表示,台灣和南韓之間要密切合作,能彰顯高度價值,不僅是對眼前業務有利,也是為了因應解決前方挑戰而共同努力。
     



    他也表示,SK海力士在HBM領域享有最高的全球市占率,HBM3E是市面上最具主導地位的產品,預計9月就會推出12層堆疊的HBM3E產品,應用在AI伺服器上。同時,SK海力士的HBM4也在研發中,將配合客戶量產時程,在結合自己HBM技術和台積電的先進製程代工,將會誕生無與倫比的產品。
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    盧超群:HBM良率轉順至少還要2~3年,對DRAM排擠效應剛開始而已

    鈺創董事長盧超群出席力積電銅鑼12吋廠啟用儀式時對《SEMICONVoice》表示,AI廣泛使用的高頻寬記憶體HBM要堆疊8層、16層,售價高達300美元~600美元,這在半導體產業根本是天價,而且還一堆客戶都搶著要買。
     



    盧超群進一步分析,現在HBM記憶體還在技術與良率的摸索期,良率瓶頸要完全打開至少要花上2~3年時間,因此HBM對傳統DRAM產能的排擠才剛開始而已。
     



    重點是,現在三大DRAM廠都在搶著爭奪HBM巨大商機,每一家記憶體廠都想當HBM老大,根本沒有力氣去對付傳統DRAM,更是傾公司所有資源和最優秀的工程師都去做HBM,預期下半年利基型DRAM產業會供給量不足,價格一定會水漲船高。
     



    DRAM業界人士更對《SEMICONVoice》透露,投產HBM記憶體不單有耗損wafer面積的問題,且HBM投產製程周期是DDR5的三倍之多,良率又還沒拉上來,現在HBM商機大爆發,但DRAM廠的生產和產能準備沒跟上腳步。
     



    尤其,過去兩年記憶體廠財報出現鉅額虧損,因此都沒有積極擴增新產能,只是把原本減產的部分逐漸恢復正常生產,但這對於未來AI時代所需要用到的DRAM和NAND Flash產能根本不夠,現在又有HBM技術瓶頸,未來DRAM產能會十分緊俏。
     



    或許你覺得現在終端需求還不好,但半導體產業鏈已經渡過漫長的庫存消化,等到PC、手機、伺服器的需求都恢復正常後,客戶和通路商開始會回補庫存,DRAM吃緊的問題會更加嚴重。
     



    市調機構TrendForce也發布報告指出,在403地震前,原先預估第二季DRAM合約價會上漲約3~8%,而最新統計出來的數據是上修漲幅大漲至13~18%。
     



    針對HBM排擠DRAM產能的程度,三星的HBM3e產品是採用1alpha製程節點,預計到2024年底將占用1alpha製程產能約60%,會排擠到DDR5供給量。尤其,第三季HBM3e進入生產放量的時間點,買方已經同意提前到第二季備貨,以防第三季HBM供應會出現短缺。
     



    TrendForce也統計,HBM位元需求可望高度成長,2024年將成長近200%,2025年再進一步倍增。2024年HBM產值占DRAM比重將超過20%,2025年將有機會突破30%。
     



    身為HBM龍頭的SK海力士也指出,DRAM產業需求確實之前較為疲弱,但下半年需求逐漸復甦,加上HBM會吃掉更多的產能,隨著越來越多DRAM產能挪移去生產HBM,傳統DRAM供應量勢必會減少,且慢慢地,供應鏈現有的庫存都會消化殆盡,看好DRAM後勢價格走勢。
     



    SK海力士也宣布,2024年HBM產能全部售罄,2025年產能基本上也賣完,為了鞏固SK海力士在HBM領域的領先地位,計畫5月會推出12層堆疊的HBM3E樣品,規劃第三季進入量產。
     



    更早前,美光也宣布2024年HBM產能全部售罄,2025年產能多數產能也都被預訂。HBM全球狂熱的程度,算是記憶體史上罕見!
     



    SK海力士為了鞏固HBM技術的領先地位,也宣布最新世代堆疊16層的HBM3E技術研發進度,目標是2026年進入量產。據了解,相較12層的HBM,SK海力士的16層HBM以相同的高度堆疊更多DRAM晶粒(die),更關鍵的是能同步減少DRAM厚度,並防止出現晶圓翹曲(warpage),SK海力士為克服這些技術難題,從HBM2E開始就採用領先的MR-MUF(Mass Reflow Molded Underfill)技術,並且不斷進行改良。
     



    在HBM大戰中,長年龍頭的三星居然成為SK海力士的手下敗將,日前傳出不服輸的三星,精挑細選集結了100名頂尖的工程師,組成一支HBM團隊,目的就是爭取Nvidia的HBM訂單,讓良率和品質能通過Nvidia的標準,進而一步步蠶食鯨吞SK海力士手上的訂單。
     



    三星目前的重心是在全球首款36GB 12層堆疊HBM3E,相較堆疊8層的HBM產品,堆疊12層的HBM3E可讓AI學習速度提升34%。三星總裁兼執行長慶桂顯Kye Hyun Kyung指出:“第一回合輸了,但第二回合是非贏不可。”

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    三星DDR3將提前退役,HBM耗損Wafer面積是DDR5三倍,DRAM產業正處關鍵轉折點

    三星從2年前就規劃逐步要退出DDR3供應,市場傳出,原本計畫2024年底要針對DDR3做EOL(end-of-life)現在提前至2024年中停止生產DDR3,而SK海力士在DDR3晶片上的供應原本就不多,預計未來會更淡出DDR3供應之列。業界預期,DDR3提前退役,可望加速DDR3庫存消化,準備啟動另一番漲勢。
     



    記憶體今年市況不錯,主要是2023年上游原廠虧損嚴重,開始從源頭控盤拉抬價格,這招式是千年不變,萬年受用!NAND Flash和DRAM產業也在這一輪的景氣循環中,正大光明地走出谷底,等待終端需求大力添加柴火。
     



    這一波DRAM產業有兩個題材,一是AI需要的高頻寬記憶體HBM對於DDR5的排擠效應,且HBM真的吃掉很多記憶體的Wafer產能; 第二是韓系國際記憶體大廠年底前要陸續退出DDR3的生產之列。
     



    兩大韓廠三星、SK海力士要退出DDR3生產已經規劃許久,日前傳出最大供應商三星原本是計劃年底前停止生產,基於產能配置,提前到2024年中停止生產DDR3,SK海力士原本的DDR3供應數量就很少,逐步淡出符合預期規劃,這對於台灣DRAM相關廠商是好消息。
     



    HBM在AI時代成為要角,記憶體產業主軸是“排擠”。

    首先,HBM是SK海力士的翻身之作,未來在技術、產能、資源分配上,無論是SK海力士、三星或美光,絕對是全力搶占HBM市佔率,AI才是未來主角。因此,這些大廠不可能會有太多產能給傳統的DRAM,HBM對DDR5產能的排擠,恐怕剛開始而已。除非,你覺得AI是泡沫,是曇花一現,你覺得ChatGPT很快會消失。
     



    業界分析,HBM生產週期包含TSV封裝,比DDR5的生產週期至少多出1.5個月,HBM3E的Wafer面積更是DDR5的三倍大。假如投片16Gb DDR5顆粒,每片Wafer的Gross die是1800顆,同樣的Wafer拿去生產HBM3E,搞不好只剩下600顆。
     



    DRAM廠為了解決HBM瓶頸且拉升良率,只會有越來越多的DRAM產能轉移到HBM身上。有消息指出,HBM平均良率約在65%左右,但業界認為實際的良率其實更低。而且,HBM一旦有一個晶片有缺陷,整個封裝都不能用。另外,HBM的生命週期又比傳統DRAM短。
     



    美光執行長Sanjay Mehrotra 曾表示,HBM因為包含了邏輯控制晶片,加上更複雜的封裝堆疊,且生產HBM過程會很大幅度影響良率,因此生產HBM3和HBM3E會吃掉很大部分的DRAM Wafer供應。
     



    輝達Nvidia執行長黃仁勳也指出,HBM是技術奇蹟,它的技術非常複雜,但能提高AI效能,附加價值非常高,他非常重視與SK 海力士、三星在HBM記憶體上的合作關係。
     



    全球市場中,HBM市佔率最高的是SK海力士,其次是三星,兩者合計應該有占90%市場,美光排名第三。
     



    目前,SK 海力士的 HBM3E已經量產,輝達Nvidia絕對是優先出貨的重要客戶。
     



    三星的8層HBM3E在量產時程上微幅落後,外傳,三星HBM3的良率只有10~20%,但SK海力士的HBM3良率卻已來到60~70%。幸好,三星最終仍是拿下輝達H200訂單。三星也強調自己將會推出業界首款12層HBM3E,是目前容量最高HBM產品,預計會很快量產。

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