内存芯片的疯狂或将在2024年重演

糟糕的2023年已经过去，存储芯片市场正在酝酿一场新的爆发。

据TrendForce统计，2023年第四季度，全球DRAM（内存）和NAND闪存的价格约上涨 3%~8%。相对于PC市场而言，服务器DRAM市场对增长起到更大作用。

2024年，随着运算速度的提升，DRAM和NAND闪存在各类AI应用，如智能手机、服务器、笔电的单机平均搭载容量都会增长，其中，服务器应用的增长幅度最高。

智能手机方面，2023年，由于供过于求，存储器价格快速下跌，由于价格很低，推升了2023年智能手机DRAM单机平均搭载容量年增17.5%。2024年，在没有新应用推出的预期下，智能手机DRAM的单机平均搭载容量的增长幅度将放缓，预估为11%。

服务器方面，伴随AI服务器需求持续增加，高端AI芯片陆续推出，由于训练是目前AI市场主流，其采用的存储器是以有助于高速运算的DRAM为主，与NAND闪存相比，DRAM的单机平均搭载容量增长幅度更高，预计年增17.3%。

笔电方面，预计搭载新款CPU的笔电要到下半年才会陆续推出，对拉高存储器容量的帮助有限，另外，AI PC要求DRAM容量加大至16GB，预计笔电DRAM的单机平均搭载容量年增率约为12.4%。

01 AI服务器带动DDR5和HBM加速前进

DDR5加速渗透

AI大模型持续迭代升级，参数持续增长，大模型的参数规模越大，算力负担越重，而AI服务器是算力的核心。2023年，AI服务器（搭载GPU、FPGA、ASIC等高算力芯片）出货量近120万台，年增38.4%，占整体服务器出货量的9%，按照这个势头发展下去，2026年将占到15%的市场份额。

更多的大模型参数需要大容量、高速的内存支持，美光在法说会上表示，一台AI服务器的DRAM使用量是普通服务器的6-8倍。到2026年，预计服务器DRAM（不含HBM）市场规模有望达到321亿美元。

针对AI服务器的高性能要求，更强大的内存——DDR5需求随之提升。与DDR4相比，DDR5具备更高速度、更大容量和更低能耗等特点。DDR5内存的最高传输速率达6.4Gbps，比DDR4高出一倍。

内存接口芯片是服务器内存模组的核心逻辑器件，作为服务器CPU存取内存数据的必由通路，其主要作用是提升内存数据访问的速度和稳定性，满足服务器CPU对内存模组日益增长的高性能和大容量需求。

随着DDR内存技术向DDR5演进，内存接口芯片的用量也在增加。英特尔和AMD支持DDR5的新平台推出后，服务器DDR5又出现了PMIC匹配问题，使得DDR5的市场规模不能快速提升，新平台的推出受阻，目前，DRAM原厂和PMIC厂商都已着手解决该问题。虽然短期内原厂DDR5供应受阻，但由于PMIC供应厂商较多，切换及适配不会成为DDR5渗透率提升的瓶颈，服务器DDR5渗透率有望于今年达到30%左右。随着AI服务器的加速发展以及PMIC良率问题逐步得到解决，DDR5渗透率有望进一步提升，2026年将达到85%。

存算一体落地之前，HBM将唱主角

目前，GPU主流内存方案为GDDR和HBM（高带宽内存）两种，其中，GDDR在SoC周围有大量外设，该方案已经从GDDR5升级为GDDR6，以提高带宽。但是，如果GDDR要增加1GB的带宽，将会带来更多功耗，不利于系统性能提升。

HBM方案作为近存计算的典型技术，可以改善存算分离导致的“存储墙”问题，即存储单元的带宽问题、存储单元与计算单元数据传输的能效问题，并且，HBM中Die裸片的垂直堆叠也增大了容量。因此，在存算一体真正落地之前，HBM技术是契合当前GPU对更多内存、更高带宽需求的最佳方案。

HBM的特点是大容量、高带宽（带宽用于衡量DRAM传输数据的速率，是核心技术指标），它将多个DDR裸片堆叠在一起后和GPU封装在一起，实现大容量、高位宽的DDR组合阵列。

2013年，SK海力士率先推出HBM1，HBM1每个堆栈的带宽为128GB/s、支持4个DRAM堆栈集成，容量为每堆栈4GB。2017年，SK海力士推出了HBM2，它的带宽和容量与HBM1相比实现翻倍增长。2018年，JEDEC推出了HBM2e规范，HBM2e可以实现每堆栈461GB/s的带宽。SK海力士于2022上半年开始量产HBM3，带宽达到819.2 GB/s，支持12个DRAM堆栈集成，容量达每堆栈24GB。2023年，主流市场需求从HBM2e转向HBM3，HBM3需求占比提升至39%，随着使用HBM3的加速芯片陆续放量，预计2024年HBM3的市场需求占比将达到60%。

2023年底，英伟达发布了DGX GH200，进一步推升了AI服务器对内存性能的需求，DGX GH200共链接了256个Grace Hopper超级芯片，具有144TB的共享内存，GH200单卡配备了480GB LPDDR5内存和96GB的HBM显存，而在上一代DGX H100服务器中，平均单个H100芯片对应256GB内存和80GB的HBM。二者对比，GH200方案的内存容量有显著提升。

TrendForce认为，英伟达正在规划更多HBM供应商，美光（Micron）、SK海力士、三星都已于2023年陆续提供了8hi（24GB）样品，三星的HBM3（24GB）已经在2023年底完成验证。三大内存原厂的HBM3e规划和进度如下表所示。

由于HBM的验证过程繁琐，预计耗时两个季度，以上三大内存原厂都预计于2024年第一季完成验证。各原厂的HBM3e验证结果，也将决定英伟达2024年HBM供应商的采购权重分配。

展望2024年，需要观察各AI芯片供应商的项目进度。

英伟达2023年的高端AI芯片（采用HBM的）的既有产品为A100、A800和H100、H800，2024年，除了上述型号外，该公司还将推出使用6个HBM3e的H200和8个HBM3e的B100，并同步整合自家基于Arm架构的 CPU，推出GH200和GB200。

2024年，AMD将重点出货MI300系列，采用HBM3，下一代MI350将采用HBM3e，将在2024下半年开始进行HBM验证，预计大规模量产时间将出现在2025年第一季度。

英特尔方面，2022下半年推出了Habana Gaudi 2，采用6个HBM2e，预计2024年新型号Gaudi 3将继续采取HBM2e，但用量将升级至8个。

02 三大内存原厂的表现

不久前，SK海力士公布了HBM发展路线图，该公司副总裁Kim Chun-hwan透露，计划在2024上半年量产HBM3e，并向客户交付8层堆叠样品，在6层堆栈HBM3e配置中，每层堆栈可提供1.2 TB/s的通信带宽，8层堆叠将进一步提升HBM内存的带宽。

Kim Chun-hwan表示，在不断升级的客户期望的推动下，存储行业正在面临激烈的生存竞争。随着制程工艺节点的缩小接近极限，存储器厂商越来越关注新一代存储架构和工艺，以给客户应用系统提供更高的性能。为此，SK海力士已经启动了HBM4的开发，计划于2025年提供样品，并于次年量产。

根据美光提供的信息，与前几代HBM相比，HBM4每层堆栈的理论峰值带宽将超过1.5 TB/s。为了实现这样的带宽，在保持合理功耗的同时，HBM4的目标是实现大约6GT/s的数据传输速率。

三星也有发展HBM4的时间表，计划于2025年提供样品，并于2026年量产。据三星高管Jaejune Kim透露，该公司HBM产量的一半以上是定制化产品，未来，定制HBM方案的市场规模将进一步扩大。通过逻辑集成，量身定制的HBM对于满足客户个性化需求至关重要。

三星和SK海力士之间的竞争正在升温。

一些市场观察人士表示，三星在HBM芯片开发方面落后于SK海力士，为了在新接口标准CXL开发中占据优势地位，三星加快了技术研发和产品布局。

三星电子执行副总裁兼美国内存业务主管 Lee Jung-bae在一篇博客文章中表示，该公司将扩大32GB DDR5及1TB模块产能，他表示：“我们将积极利用CXL内存模块 (CMM) 等新型接口，这将有助于实现内存带宽和容量可以根据运营需求无缝扩展。”

SK海力士也表示，计划加大对高带宽内存和DDR5芯片的投资，以适应人工智能市场的增长需求。“与2023年相比，2024年的资本支出将有所增加。……我们将最大限度地提升资金利用效率”，SK海力士副总裁兼首席财务官金宇贤表示：“在2023年投资金额的范围内，我们根据产品优先顺序调整了资本支出，2024年，我们将更多地关注转换制程工艺，而不只是增加产能。”

金宇贤表示，SK海力士将努力扩大第四代和第五代10nm级制程内存芯片的比例，到2024年底，这些新品将占据该公司DRAM产量的一半以上。不过，他表示，要达到2022年第四季度的产能水平，还需要相当长时间。

SK海力士对引领HBM市场充满信心，预测未来5年的年均增长率将达到60%~80%。该公司DRAM营销主管Park Myung-soo表示：“我们2024年的HBM3和HBM3e芯片产能已经售罄。根据客户和市场观察人士的说法，我们的HBM3产能份额非常高。”

据TrendForce统计，2023年第三季度，SK海力士挤下三星电子，成为全球最大的服务器DRAM厂商。报告显示，2023年第三季度，SK海力士服务器DRAM销售额达到18.5亿美元，拿下49.6%的市场份额，稳居全球龙头宝座，排名第二的三星电子，在该季度的服务器DRAM销售额为13.13亿美元，市占率为35.2%，同期内，美光的服务器DRAM销售额为5.6亿美元，市占率为15.0%，排名第三。

需要指出是，以上统计数字仅是传统服务器搭载的DDR5内存，不包括用于AI服务器的HBM，若将HBM销售计算在内，SK海力士领先三星电子的幅度会更大。

2024年1月24日，SK海力士发布了FY2023财报，营收为32.77万亿韩元，同比下降27%。单看FY2023Q4表现，营收为11.31万亿韩元，同比增长47%，环比增长25%。DRAM业务Q4营收7.35万亿韩元，同比增长49.15%，环比增长20.98%。该公司在FY2023年Q4扭亏为盈，业绩开始全面反弹。SK海力士表示，自FY2023年Q4开始，该公司用于AI服务器和移动端的产品需求都在增长，平均售价上升，存储器市场环境有所改善。整个FY2023，该公司的DRAM凭借技术实力积极响应了客户需求，主力产品DDR5和HBM3的收入同比分别增长4倍和5倍。

就整体DRAM模块市场而言，三星电子仍稳居DRAM霸主地位，但SK海力士正在急起直追。据Omdia统计，2023年第三季度，三星电子在DRAM领域市占率为39.4%，SK海力士以35%的市占率居次位，美光排名第三，市占率为21.5%。

排名内存行业第三位的美光也在加紧布局AI服务器市场，该公司计划在2024年第一季度量产HBM3e，以抢攻英伟达的超级计算机DGX GH200商机。美光技术开发事业部资深副总裁Naga Chandrasekaran表示，采用EUV技术量产的1-gamma制程产品，正在研发过程中，预计于2025年量产。

业界人士指出，在HBM产品开发方面，虽然美光落后三星和SK海力士近一年时间，但在新一代HBM3e产品开发和量产进度方面，该公司加快了节奏，有望在HBM竞赛中扳回一城。

通过分析全球芯片市场不同细分领域的年度销售数据，包括存储器、微处理器、逻辑电路、模拟电路、分立器件和光电子器件，结合不同领域年度销售额同比增速的趋势，按照一轮周期中同比增速的最小值为周期底部、同比增速的最大值为周期顶部，可以得出以下结论：2002年、2008年、2011年、2015年、2019年、2023年是半导体行业周期底部，2004年、2010年、2014年、2017年、2021年是周期顶部。全球半导体市场大约每隔4~5年经历一轮周期，不同细分领域周期底部时间点略有差别。

在上述所有半导体细分领域中，存储器周期波动最大，在上行周期的顶部，2010年、2017年存储器销售额同比增长分别为55%、61%，在下行周期的底部，2002年、2019年存储器销售额同比下降了30%、33%。据WSTS统计，2022年全球半导体销售额为5741亿美元，其中，存储器销售额为1298亿美元，占全球半导体销售总额的22.6%，在过去20年内，存储器长期占半导体销售总额比重的20%以上。因此，存储器是集成电路中销售额最大的细分领域，在整个产业中占据核心地位，存储器市场变化周期是影响半导体周期的主要因素。

DRAM的上一轮周期在2017年12月左右见顶，在2019年12月触底，下行周期持续时间在两年时间，随后经历了一年半左右的上行周期，上一轮周期持续了3-4年。本轮DRAM周期在2021年4月左右见顶，在2023年9月触底，10月价格反弹。本轮下行周期持续时间已达两年半，新一轮的DRAM上行周期已经开始。

或许在2024和2025年，内存市场有望掀起新一波需求热潮，重现2017和2018年辉煌的市场景象。

本文来自微信公众号“半导体产业纵横”（ID：ICViews），作者：畅秋，36氪经授权发布。

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