资源描述
证券研究报 告|公 司深度报告2024 年1 月25 日AI HBM S1190523020001 S1190523080001请务必阅读正文后的重要声明 2 HBM 助力AI服务器向更高带宽、容量升级。HBM 即高带宽存储，由多层DRAMdie 垂直堆叠，每层die 通过TSV 穿透硅通孔+bum ps 技术实现与逻辑die 连接，使得8层、12层die 封装于小体积空间中，从而实现小尺寸于高带宽、高传输速度的兼容，成为高性能AI 服务器GPU 显存的主流解决方案。目前迭代至HBM3 的扩展版本HBM3E，提供高达8Gbps 的传输速度和16GB 内存，由SK 海力士率先发布，将于2024 年量。需求端：HBM 成为AI服务器标配，催化其市场规模超50%增长。HBM 主要应用场景为AI 服务器，最新一代HBM3e 搭载于英伟达2023年发布的H200。根据Trendforce 数据，2022 年AI 服务器出货量86万台，预计2026 年AI 服务器出货量将超过200万台，年复合增速29%。AI 服务器出货量增长催化HBM 需求爆发，且伴随服务器平均HBM 容量增加，经测算，预期25 年市场规模约150亿美元，增速超过50%。供给端：三大厂产能供不应求，核心工艺变化带来新增量。HBM 供给厂商主要聚集在SK海力士、三星、美光三大存储原厂，根据Trendforce 数据，2023 年SK 海力士市占率预计为53%，三星市占率38%、美光市占率9%。HBM 在工艺上的变化主要在CoWoS 和TSV，配套供应链及国产替代厂商有望受益：1）封测：通富微电、长电科技、太极实业、深科技；2）设备：赛腾股份、中微公司、拓荆科技；3）材料：雅克科技、联瑞新材、壹石通、华海诚科。风险提示：下游服务器需求不及预期风险；行业竞争加剧风险；技术发展不及预期风险。ZXFUuNqNpMnMtNpMsPsNqR9PdN8OmOqQoMrNkPmMsQiNoOmN7NqQwOMYtPoNwMpOwP请务必阅读正文后的重要声明 3 HBM助力AI服务器向更高带宽、容量升级3 需求端：HBM 成为AI服务器标配，催化其市场规模超50%增长 9供给端：三大厂产能供不应求，核心工艺变化带来新增量 14 主要公司分析 20请务必阅读正文后的重要声明 4HBM GPU 图表：HBM原理示意图6资料来源：AMD、太 平洋 证券 研 究院图表：HBM原理示意图资料来源：AMD、太 平洋 证券 研 究院 HBM（HighBandwidthMemory）即高带宽存储器，用于GPU与CPU之间的高速数据传输，主要应用场景集中在数据中心高性能服务器的GPU 显存，小部分应用于CPU内存芯片。HBM同样为3D结构，由多层DRAMdie 垂直堆叠，每层die通过TSV（Through Silicon Via）穿透硅通孔+bumps技术实现与逻辑die连接，再通过中阶层与GPU/CPU/SoC 连接，使得4层、8层、12层等数量die封装于小体积空间中。请务必阅读正文后的重要声明图表：4层Dramdie 到8层Dramdie资料来源：Sk 海 力 士、太 平洋 证券 研 究院图表：HBM 演进路径资料来源：SK 海 力 士官网，美光 官网，太平洋 证券 研 究院5 HBM 经多次处理速度迭代，现至HBM3的扩展版本HBM3E，助力服务器推理性能提升。HBM1 最早于2014年由AMD 与SK海力士共同推出，作为GDDR竞品，为4层die 堆叠，提供128GB/s 带宽，4GB内存，显著优于同期GDDR5。HBM2于2016年发布，2018 年正式推出，为4层DRAMdie，现在多为8层die，提供256GB/s 带宽，2.4Gbps传输速度，和8GB内存；HBM2E 于2018年发布，于2020年正式提出，在传输速度和内存等方面均有较大提升，提供3.6Gbps传输速度，和16GB内存。HBM3 于2020年发布，2022年正式推出，堆叠层数及管理通道数均有增加，提供6.4Gbps传输速度，传输速度最高可达819GB/s，和16GB 内存HBM3E由SK海力士发布HBM3的增强版，提供高达8Gbps的传输速度，24GB容量，计划于2024年大规模量产。HBM HBM3 HBM3E请务必阅读正文后的重要声明图表：三大存储原厂HBM演进路径资料来源：Trendforce，太 平 洋 证券 研究院6HBM HBM3 HBM3E请务必阅读正文后的重要声明 7HBM AI 图表：GDDR5 与HBM面积对比资料来源：AMD、太 平洋 证券 研 究院图表：内存能耗与逻辑ic能耗平衡拐点资料来源：AMD、太 平洋 证券 研 究院 目前主流显卡使用的显存为GDDR5，但在应用中仍存在痛点：1）消耗大量PCB面积：GPU核心周围分布12/16颗GDDR5 芯片，而GDDR芯片尺寸无法继续缩小，占据更大空间，同时也需要更大的电压调节模块，2）GDDR5的功耗提升达到了对GPU性能提升产生负面影响的拐点：由于平台和设备需要在逻辑芯片与DRAM之间的实现功耗平衡，而当前GDDR进入功能/性能曲线的低效区，不断增长的内存功耗在未来会阻碍GPU性能提升。请务必阅读正文后的重要声明图表：GDDR5 与HBM 对比资料来源：AMD，太 平洋 证券 研 究院8 相较于传统GDDR解决方案，HBM在低功耗、超带宽、小尺寸等方面优势显著。HBM AI 请务必阅读正文后的重要声明 9 HBM助力AI服务器向更高带宽、容量升级 3 需求端：HBM成为AI服务器标配，催化其市场规模超50%增长9供给端：三大厂产能供不应求，核心工艺变化带来新增量 14 主要公司分析 20请务必阅读正文后的重要声明 10 HBM AI HBM 图表：最新一代HBM3E应用于NVH200资 料来源：英伟 达官网、太平 洋证券 研究院图表：HBM迭代为AI服务器带来的带宽提升资 料来源：英伟 达官网、太平 洋证 券 研究院 HBM 因其高带宽、低功耗、小体积等特性，广泛应用于AI服务器场景中。HBM的应用主要集中在高性能服务器，最早落地于2016年的NVP100GPU（HBM2）中，后于2017年应用在V100（HBM2）、于2020年应用在A100（HBM2）、于2022年应用在H100（HBM2e/HBM3），最新一代HBM3e搭载于英伟达2023年发布的H200，为服务器提供更快速度及更高容量。0123456P100 V100 A100 H100 H200带宽（TB/s）请务必阅读正文后的重要声明图表：HBM 在AI服务器的应用资料来源：NVIDIA 官网，AMD官网，太 平洋证 券 研究 院11 HBM AI HBM 请务必阅读正文后的重要声明 12 AI HBM 图表：AI服务器出货量年化增速预计约29%资料来源：TrendForce、太 平洋 证券 研 究院图表：HBM规模年化增速预计约31%资 料来源：太 平 洋 证券 研究院 AI服务器出货量增长催化HBM需求爆发，经测算，HBM 2025年市场规模将超过150亿美元，增速超50%。全球服务器增虽长较为稳健，但随着大数据模型训练需求AI服务器出货量呈爆发式增长，2022年AI服务器出货量86万台，渗透率不断提升，AI 服务器在整体服务器占比10%左右，预计2026 年AI服务器出货量将超过200万台，预计年复合增速29%。同时，主流AI服务器HBM容量需求从40GB向80GB、141GB 升级，带动平均HBM容量提升。我们测算，2025 年HBM全球市场规模将达到150亿美元，同比增速68%。0%5%10%15%20%25%30%35%40%45%0501001502002502022 2023E 2024E 2025E 2026E全球AI 服务器出货量(万台）yoy00.511.522.530501001502002502022 2023E 2024E 2025EHBM 规模测算（亿美元）yoy请务必阅读正文后的重要声明图表：HBM规模测算资 料来源：太平 洋证券 研究院13 AI HBM 2022 2023E 2024E 2025E全球AI 服务器出货量（万台）85.50 118.30 150.40 189.50yoy 38%27%26%平均HBM 容量（GB）40.0 56.00 86.10 110.50AI 服务器HBM需求增量（GB*万台）13680.0 26499.2 51797.8 83759.0yoy 94%279%512%单价（美元/GB）20.0 35.0 30.0 25.0HBM 规模测算（亿美元）27.36 92.75 155.39 209.40yoy 239%68%35%请务必阅读正文后的重要声明 14 HBM助力AI服务器向更高带宽、容量升级 3 需求端：HBM 成为AI服务器标配，催化其市场规模超50%增长 9供给端：三大厂产能供不应求，核心工艺变化带来新增量 14 主要公司分析 20请务必阅读正文后的重要声明 15 图表：HBM三大存储原厂市场份额资料来源：Trendforce、太 平 洋 证券 研究院图表：HBM4封装方式变化将带来格局再演化资 料来源：国家 统计局、太平 洋证 券 研究院 HBM 供给厂商主要聚集在SK海力士、三星、美光三大厂，SK海力士领跑。三大存储原厂主要承担DRAMDie的生产及堆叠，展开技术升级竞赛，其中SK海力士与AMD合作发布全球首款HBM，23年率先供应新一代HBM3E，先发奠定市场地位，主要供应英伟达，三星供应其他云端厂商，根据TrendForce 数据，2022年SK海力士市占率50%、三星市占率40%、美光市占率10%左右，2023年SK海力士市占率预计为53%，三星市占率38%、美光市占率9%。0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%2022 2023ESK 海力士 三星 美光请务必阅读正文后的重要声明图表：三大厂HBM规划资料来源：Trendforce，太 平 洋 证券 研究院16 请务必阅读正文后的重要声明 17 HBM 24 2.5 图表：三 星及海 力士计 划 扩充HBM 产能资 料来源：公司 公告、太平洋 证券 研 究院图表：HBM2产能释放用于生产HBM3资料来源：Trendforce、太 平 洋 证券 研究院 存储原厂加码HBM产能，SK海力士24年产能计划翻倍。SK海力士HBM3E 将于24年上半年量产，目标24年HBM产能翻倍，24年资本支出规划虽与23年基本持平，但TSV相关投资将同比增加一倍以上。美光HBM3E 将于24年初开始量产，预计24年资本支出75-80亿美元，同比略高，主要用于HBM量产。三星规划在天安厂新封装线，用于大规模生产HBM，预计追加投资7亿美元。0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%HBM3 HBM2E 其他2022 2023E 2024E请务必阅读正文后的重要声明 18 HBM 在封装工艺上的变化主要在CoWoS和TSV。1）CoWoS：是将DRAMDie 一同放在硅中介层上，通过过ChiponWafer（CoW）的封装制程连接至底层基板上，即将芯片通过ChiponWafer（CoW）的封装制程连接至硅晶圆，再把CoW芯片与基板连接，整合成CoWoS。当前，HBM与GPU集成的主流解决方案为台积电的CoWoS，通过缩短互连长度实现更高速的数据传输，已广泛应用于A100、GH200等算力芯片中。图表：2.5D 与3D封装示意图资 料来 源：台积 电、太 平洋证 券 研究 院图表：CoW于CoWoS示意图资 料来源：台积 电、太 平洋 证 券 研究 院请务必阅读正文后的重要声明 19 图表：TSV技术实现多层DRAMDie堆叠资料来源：AMD、太 平洋 证券 研 究院图表：TSV工艺价值量拆解资 料来源：公司 公告、太平 洋 证券 研 究院 HBM 在封装工艺上的变化主要在CoWoS和TSV。2）TSV：TSV硅通孔是实现容量和带宽扩展的核心，通过在整个硅晶圆厚度上打孔，在芯片正面和背面之间形成数千个垂直互连。在HBM 中多层DRAMdie堆叠，通过硅通孔和焊接凸点连接，且只有最底部的die能向外连接到存储控制器，其余管芯则通过内部TSV实现互连。0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%1临时键合/解键合 铜电镀 背 面 通 孔 露 出 背面RDL 铜阻挡层PVD 刻蚀 衬底CVD 铜CMP 硬掩膜CVD请务必阅读正文后的重要声明 20 HBM助力AI服务器向更高带宽、容量升级 3 需求端：HBM 成为AI服务器标配，催化其市场规模超50%增长 9供给端：三大厂占据核心份额，核心工艺变化带来新增量 14 主要公司分析20请务必阅读正文后的重要声明 21 通富微电：公司具备国内顶级2.5D/3D封装平台及超大尺寸FCBGA研发平台，并且完成高层数再布线技术开发，为客户提供晶圆级和基板级Chiplet封测解决方案，已量产多层堆叠NAND Flash 及LPDDR封装，是国内首家完成基于TSV 技术的3DS DRAM 封装开发的封测厂。公司通过收购AMD苏州及AMD 槟城各85%股权，实现与大客户AMD深度绑定，AMD于2023年推出MI300，并于23Q4陆续降幅，预计24年将迎来大幅放量，公司将充分受益。长电科技：公司与客户共同开发基于高密度Fanout 封装技术的2.5DfcBGA 产品，TSV异质键合3DSoC 的fcBGA通过认证。公司的封测服务覆盖DRAM、Flash等，深耕行业20余年，在16层NANDflash堆叠、35um超薄芯片制程能力、Hybrid 异型堆叠等方面行业领先。公司XDFOI 技术平台布局AI、5G、汽车、工业等领域运用，XDFOI Chiplet量产。太极实业：公司子公司海太半导体与SK海力士签订5年合作协议，SK海力士持有海太半导体45%股权，海太与SK海力士形成深度绑定，海太为SK海力士提供DRAM 封装服务。SK海力士23 年占据HBM市场约50%份额，伴随24年HBM 出货量爆发，公司有望承接溢出封测需求。深科技：公司通过收购沛顿科技切入存储封测，沛顿科技专注高端封测，具备DDR5、LPDDR5封测量产能力。沛顿Bumping 项目已通过小批量试产，聚焦FC倒装工艺、POPt堆叠封装技术的研发、16层超薄芯片堆叠技术的优化。请务必阅读正文后的重要声明 22 赛腾股份：公司通过收购全球领先的晶圆检测设备供应商日本OPTIMA进军晶圆检测装备领域，公司产品涉及固晶设备、分选设备，晶圆包装机、晶圆缺陷检测机、倒角粗糙度量测、晶圆字符检测机、晶圆激光打标机、晶圆激光开槽机等，通过OPTIMA 切入三星、SK siltron、sumco等大客户供应链，三星加码24年资本开支，计划24 年HBM 产线扩产至23年的一倍以上，量测设备需求增加，公司有望受益。中微公司：公司为国内刻蚀设备龙头，其中ICP 刻蚀设备在DRAM、3D NAND 多个客户的生产线量产，伴随NanovaVE HP 和Nanova LUX推出，ICP刻蚀设备的验证工艺范围持续扩展，在先进逻辑芯片、先进DRAM 和3D NAND的ICP验证刻蚀工艺覆盖率有望扩展到50%-70%不等。公司8英寸、12英寸的Primo TSV 200E、Primo TSV 300E 在晶圆级先进封装、2.5D封装和微机电系统芯片生产线等订单充沛，在12英寸的3D芯片的硅通孔刻蚀工艺上得到成功验证。拓荆科技：公司在半导体薄膜设备领域深耕十余年，ALD量产规模逐步扩大，随着存储芯片主流制造工艺已由2D NAND 发展为3D NAND结构，结构的复杂化导致对于薄膜沉积设备的需求量逐步增加，同时3D NAND FLASH 芯片的堆叠层数不断增高，从32/64层逐步向更多层及更先进工艺发展，对于薄膜沉积设备的需求提升的趋势亦将延续。请务必阅读正文后的重要声明 23 雅克科技：公司于2016年通过收购控股UP Chemical，正式切入前驱体行业，UP Chemical自04 年成为SK海力士前驱体核心供应商，形成多年深度绑定。SK海力士HBM占据50%市场份额，并且于22Q3起向英伟达独供HBM3。公司 产品覆盖硅类前驱体、High-K 前驱体、金属前驱体，伴随HBM需求量增加，SK海力士出货量提升，公司将充分受益。联瑞新材：公司深耕无机填料和颗粒载体行业 近40年，为国内硅微粉龙头。公司持续聚焦高端芯片AI、5G、HPC 封装，异构集成先进封装Chiplet、HBM，以及新一代高频高速覆铜板，推出多种规格低CUT 点Low微米/亚微米球形硅微粉，低CUT点 Low微米/亚微米球形氧化铝粉，高频高速覆铜板用低损耗/超低损耗球形硅微粉，新能源电池用高导热微米/亚微米球形氧化铝粉。壹 石通：公司布局记忆体封装用Low-高纯石英及Low-高纯氧化铝制备技术、Low-粉体制备技术、球形化生产工艺等核心技术，已具备Low-射线球形氧化铝的产业化能力。公司规划新建的年产200 吨高端芯片封装用Low-球形氧化铝项目，有望在2023年下半年实现部分投产，目前日韩客户已陆续送样验证，客户初步反馈良好。Low-球形氧化铝粉体在EMC或GMC中的体积填充率大约在80%-90%，有望受益HBM出货量增加。华海诚科：公司为国内环氧塑封材料龙头，在先进封装领域，公司已成功研发了应用于QFN/BGA、FC、SiP、FOWLP/FOPLP 等封装形式的封装材料。GMC颗粒状环氧塑封料可以用于HBM的封装，公司相关产品已通过客户验证，现处于送样阶段，有望受益国产材料替代。请务必阅读正文后的重要声明 24请务必阅读正文后的重要声明 看好：我 们预计 未 来6 个月内，行业整 体回报高 于沪深300指数5%以上；中性：我 们预计 未 来6 个月内，行业整 体回报介 于沪深300指数5%与5%之间；看淡：我 们预计 未 来6 个月内，行业整 体回报低 于沪深300指数5%以下。买入：我 们预计 未 来6 个月内，个股相 对沪深300 指数涨幅 在15%以上；增持：我 们预计 未 来6 个月内，个股相 对沪深300 指数涨幅 介于5%与15%之间；持有：我 们预计 未 来6 个月内，个股相 对沪深300 指数涨幅 介于-5%与5%之间；减持：我 们预计 未 来6 个月内，个股相 对沪深300 指数涨幅 介于-5%与-15%之间。太平 洋证 券股 份 有 限公 司具 有经 营 证 券期 货业 务许 可 证，公 司统 一 社会 信 用代 码为91530000757165982D。本报告信 息均来 源 于公开资 料，我 公 司对这些 信息的 准 确性和完 整性不 作 任何保证。负责 准 备本报告 以及撰 写 本报告的 所有研 究 分析师或 工作人员在 此保证，本研究报 告中关 于 任何发行 商或证 券 所发表的 观点均 如 实反映分 析人员 的 个人观点。报告 中 的内容和 意见仅 供 参考，并 不构成对所 述证券 买 卖的出价 或询价。我公司及 其雇员 对 使用本报 告及其 内 容所引发 的任何 直 接或间接 损失概 不 负责。我 公司或 关 联机构可 能会持有报 告中所 提 到的公司 所发行 的 证券头寸 并进行 交 易，还可 能为这 些 公司提供 或争取 提 供投资银 行业务 服 务。本报 告版权 归 太平洋证 券股份 有限 公司 所 有，未 经书 面许 可 任 何机 构和 个人 不 得 以任 何形 式翻 版、复制、刊 登。任 何 人使 用本 报告，视 为同 意以 上声 明。25请务必阅读正文后的重要声明研究院中国北京100044北京市西城区北展北街九号华远企业号D座投诉电话：95397投诉邮箱：26
展开阅读全文