AI國力戰爭：GPU是明線，HBM是暗線

本文來自格隆匯專欄：錦緞，作者：啟新

2022年6月，我們率市場之先，提出「算力即國力」的觀點。時至今日，這個論點已經沒有太多的爭議。

隨着英偉達在最新的財報會議中明示，不同的國家都在嘗試建立屬於自己的AI算力，這一暗流下的激烈角逐已經完全走向臺前。

在這一場國家級、企業巨頭之間的競爭中，站在最前排的就是大模型和大模型的算力發動機GPU。

• 從今年的Sora、Claude 3、GPT5的態勢來看，大模型的智力涌現並未有絲毫放緩的跡象；這也使得國產大模型的追趕，眼看要縮小的差距又被無情的拉大，但算法的半透明和原理的公開，總歸讓這場競賽不至於被套圈太多。
  雖然GPU龍頭英偉達股價一飛沖天，但攪局者的動力也有增無減，AMD作為二供被寄予了厚望，谷歌自研TPU也被不少人看好； 而國產GPU選手華為昇騰、寒武紀、海光、沐熙、壁韌等也在嘗試形成自己的閉環。

但在更為隱祕的戰場，HBM（高帶寬內存）顯然是基本被忽視的關鍵一環。

01

大模型和GPU是明戰，HBM則是暗戰

如果因循最基本的原則，從AI算力出發，我們知道制約單芯片能力的最大瓶頸有三個，分別是：GPU、先進製程（含CoWoS先進封裝），以及HBM。

其中GPU和先進製程是一體兩面的關係，優秀GPU企業如英偉達設計出來GPU之后，還需要利用臺積電的先進製程進行製造，再利用臺積電、日月光的先進封裝技術CoWoS進行最后的合封，這一點在2023年CoWoS產能奇缺的時候，已被市場刨根問底。

而在同一顆AI芯片上的顯存顆粒模組HBM，作為與先進製程同等重要的存在，但到的關注顯然不夠。這一產品基本完全被韓國的海力士和三星壟斷，合計佔市場份額的90%以上，絲毫不比GPU和CoWoS競爭格局差，而高度壟斷，在這逆全球化的背景下，隱含的就是高供應鏈風險。

HBM也是AI芯片中佔比最高的部分，根據外媒的拆解，H100的成本接近3000美元，而其中佔比最高的是來自海力士的HBM，總計達到2000美元左右，超過製造和封裝，成為成本中最大的單一佔比項。

雖然HBM非常昂貴，但隨着AI基礎算力需求的大爆發，草根調研顯示當前HBM仍是一芯難求，海力士和三星2024年所有的產能都已經完全被預定，行業的供需失衡可能在2025年也仍無法得到有效的緩解。可能強如英偉達，也需要思考自己的HBM供應鏈是否足夠安全。

這一重大的產業趨勢，自然也被存儲芯片大國韓國瞭如指掌。

經過一段時間的醖釀，2024年初，韓國企劃財政部正式公佈了《2023年税法修正案后續執行規則修正案草案》，將HBM等技術指定為國家戰略技術，進一步擴大税收支持，在這一法案的支持下，三星電子、SK海力士等中大型企業可享受高達30%至40%的減免。

考慮到韓國的大企業所得税一般在25%，這麼大力度的減免，相當於給了韓國的HBM產品直接額外賦予了接近10%的價格優勢。當前韓國的存儲芯片企業海力士和三星，在HBM產品的產能和技術上，本來就處於斷檔式領先，即使其他追趕者能夠做出來產品，考慮到海力士和三星天然的價格屠夫的歷史形象，這將使得追趕者大概率始終陷入技術落后、價格高企的惡性循環中。

當然，韓國目前仍然是小大小鬧，還暫時沒有將HBM出口進行管制，或者進行相關的技術限制。但是翻看最近的歷史，我們不得不對此事提起十二分的關注。

• 2022年10月，美國限制中國先進製程的發展，從設備、技術到人才實現全方面圍堵，使得原本進步飛速的國產先進製程舉步維艱。

• 2023年10月，美國限制英偉達等美國企業向中國出口超過一定算力和帶寬的GPU芯片，直接對國產大模型實施了釜底抽薪式的打擊。

如果未來對HBM的限制變嚴格，那麼就意味着我國在AI算力的三要素—先進製程、GPU和HBM—中，將陷入全方位的被動局面。

所以我們才説，上一輪最值得關注HBM的時間是十年前它被發明的時候，其次就是現在。

02

HBM的昨天、今天和明天

1.一種特殊類型的存儲芯片，可以理解為DRAM的3D版本

存儲芯片是最大的芯片品種。爲了滿足不同場景的存儲要求，又被進一步的分為SRAM、DRAM、NAND、NOR等等，其中市場空間最大最為重要的是DRAM和NAND，也就是業內人士常説的大宗品存儲，全球的市場空間都是接近1000億美元。

DRAM對智能設備的運行速度起到與主控芯片一樣的決定性作用，對於普通消費者都能接觸到的手機為例，主控芯片和內存（即移動端LPDDR DRAM）就是最重要的兩顆芯片。HBM，正是DRAM中的一個分支品種，主打高性能。

根據行業協會的定義，DRAM可以分為三種：1）主要用在電腦、服務器中的標準DDR，也就是常説的內存條；2）手機和汽車等移動終端領域的LPDDR系列；3）用在數據密集型場景的圖形類DDR，HBM正是在這一分類下。

所以，HBM是脱胎於普通的DRAM的升級產品，基於3D堆棧工藝（使用TSV技術將多個DRAM芯片堆疊起來，在增加帶寬的同時，實現芯片間的高速通信和低功耗），可以實現更高的內存帶寬和更低的能耗，。

2023年之前，雖然上述三種DRAM產品中，HBM在傳輸速度、容量和功耗方面都具備明顯的優勢，但高於普通DRAM數倍的價格，使得對HBM需求一直都是名氣沒輸過、銷售沒贏過的尷尬存在。

圖： 存儲芯片D RAM進一步分類，方正證券

但AI大模型的出現，使得HBM找到完美的應用場景。

衆所周知，大模型的智力涌現，依託於Scaling laws指導下的大力出奇跡，大模型對數據量和算力有着近乎無上限的需求，而算力的發動機GPU和存儲池HBM，意外成為最大的受益者。

傳統帶寬的標準類DDR DRAM和移動類LPDDR DRAM顯然已經完全無法滿足AI芯片的需求，而立體堆疊的HBM，它相對普通的內存帶寬可以提升數倍，而功耗反而更低，卻完美契合大模型的要求。

所以我們可以看到，在AI場景中，英偉達的GPU芯片不再是單獨售賣：從流程上，英偉達首先設計完GPU，然后採購海力士的HBM，最后交由臺積電利用CoWoS封裝技術將GPU和HBM封裝到一張片子上，最終交付給AI服務器廠商。最終產品結構正如海力士的宣傳材料展示的一樣。

可以説，英偉達、臺積電、海力士，這三家公司共同構成了全球AI算力基座的鐵三角。

2.AI爆發帶來巨大的增長空間

從配角到主角的HBM，也隨着AI的爆發也迎來屬於自己的廣闊舞臺。

在AI沒有爆發之前，市場預測全球HBM將平穩增長至一個100億美元的市場。但是隨着2023年大模型的橫空出世，HBM的市場中樞預測被快速拔高。

根據市場機構測算，2023年HBM市場規模為40億美元，預計2024年增長至150億美元，到2026年增長至接近250億美元，年複合增速高達80%以上。這一測算也與海力士的估算匹配上，2023年11月，海力士CEO表示，預計到2030年，海力士每年HBM出貨量將達到1億顆，隱含產值規模將接近300億美元，假設屆時海力士市場份額為50%，則整個市場空間將在500億美元左右。

屆時，HBM將從配角，正式成為存儲芯片中最搶眼的主角。

圖：全球HBM市場規模預測（AI浪潮之前），方正證券

3.科技巨頭的縮圈遊戲

與AI算力中的其他要素一樣，HBM是一個科技難度極高的產品，典型特徵是重資本投入和高技術含量。

做HBM，首先就要求芯片企業能做出一流的DRAM，然后在這個DRAM芯粒的基數上做3D的堆疊。經過幾十年的發展競爭，DRAM已經有極高的技術門檻，其製程已經微縮到極限，雖然叫法上略有不同，但整體與邏輯芯片差別不大，最先進的DRAM都離不開EUV光刻機的加持；同時還非常燒錢，投資金額極高，海力士每年資本開支超百億美元。所以，當前DRAM已經基本被韓國三星、海力士以及美國美光所壟斷。

而從DRAM到HBM，拋開更高的資本開支不談，還新增三大工藝難點：分別是TSV、MR-MUF、混合鍵合Hybrid Bonding。比如TSV技術，在維持較低的單I/O數據速率的情況下大幅提升了位寬進而獲得了遠優於GDDR的總帶寬表現。本文不就技術細節進行展開，這一難度就相當從2D電影進階到3D電影，完全是另一個維度的競爭。

直接衡量大家技術水平的，簡單可以看堆疊層數。根據瞭解到的最新行業動態：為配套英偉達最新的H200，2024年下半年三大存儲廠將推出36GB版本的HBM3e或為12層堆疊。

對於追趕者而言，靶子已經固定在那兒，只是難度着實不小。

03

HBM背后的國力之爭

我們判斷，從2024年起，HBM將繼GPU之后成為各個國家在算力競爭的關鍵。

毫無疑問，目前韓國海力士和三星遙遙領先。哪怕美國在這個領域也是落后的，他們本土的代表性公司美光科技已奮起直追。而中國國內的大宗存儲尚處在追趕狀態，所以HBM的落后自然也就更多，也更為急迫。

1.韓國雙子星閃耀：海力士的不放棄功不可沒

前文提到，HBM是基於DRAM的3D形態，而DRAM的全球霸主三星卻在HBM這一細分品類上處於落后狀態，而海力士卻是壟斷者的存在，這得益於公司對HBM技術的不離不棄。

早在10年前的2013年，海力士就首次製造出HBM，並被行業協會採納為標準。2015年，AMD成為第一個使用HBM的客户。但在此之后，HBM由於價格高昂，下游根本不買單，甚至一度被認為是點錯了科技樹。

但海力士死磕這個方向，並沒有放棄。在2015-2022年，雖然並沒有什麼突出客户，海力士仍然對HBM產品進行了多達3次技術升級，絲毫不像對待一個邊緣產品的待遇。

圖：海力士HBM產品roadmap，公司路演資料

最終，憑藉着2023年至今的AI浪潮，海力士的HBM一芯難求，從無人問津到一飛沖天，10年的堅守終於換了回報。在低迷的韓國股市中，海力士股價也一騎絕塵，實現翻倍，成為跟上全球AI浪潮的唯一一家韓國公司。

另一方面，內存領域的霸主三星，得益於在DRAM上的深厚積累，以及並不落后的技術儲備，迅速崛起成為HBM排名第二的玩家。

2016年三星開始大規模量產HBM。落后於海力士3年；而根據公司最新進展，三星已經於2023年實現了HBM3的量產出貨，而將在今年上半年推出HBM3E，而且規劃2025年實現HBM4的量產。根據這一規劃，三星與海力士的差距已經縮小到半年左右，而差距有望於2025年被完全消弭。

三星除了有DRAM的底氣之外，由於HBM當中包含部分邏輯芯片的電路，因此三星電子依託於自有的邏輯晶圓廠，確實具備彎道超車的比較優勢。而且同爲韓國公司，直接挖相關人才也更為容易。

毫無疑問，在HBM領域起了個大早的韓國，也絲毫沒有放松，還在朝前一路狂奔。

2.美國獨苗苦苦支撐，但猶可追

美國公司在HBM的競賽中落后似乎是命中註定的。由於存儲芯片行業周期性極強，資本開支又是無底洞，已經逐漸被美國企業放棄，比如當年的存儲芯片龍頭英特爾早已完全退出存儲芯片市場，轉而增加了對韓國的依賴。

好在美國還剩最后的獨苗美光科技。在存儲這個刺刀見紅的嗜血賽道上，它的生存之道是「苟住」。爲了避免出現重大損失，美光一直在研發策略上堅持不做首發者，而更傾向於採取跟隨戰術，這樣能夠避免高昂的研發投入和可能打水漂的資本開支。

美光開始研發HBM的時間相對較晚，現在主流的HBM3上，美光的進度較海力士和三星落后半年以上。半年差距看似不大，但在AI硬件軍備競賽中，時間就是生命，大家爲了保證大模型的領先，都爭相上最先進的算力產品，用最新的卡、最大帶寬的光模塊和最優質的HBM，因此晚半年推出，就代表着整個市場的錯失，所以美光在HBM的份額低到只有個位數。

爲了實現彎道超車，美光已經開始挖海力士和三星的核心人才，同時開啟多代產品的並行研發。公司放衞星的表示，將在2024年年底實現HBM3E的量產，如果屆時完成，將使得其與韓國巨頭的技術差距明顯縮小。此外，公司規劃在2028年量產HBM4E ，將每個堆棧的容量提升到 48GB 至 64GB。

3.中國突圍路在何方？

美國尚存獨苗，中國的HBM行業尚處0到1的階段，要補的課更多。

目前，中國企業在HBM產業鏈上的存在感甚至還要落后於先進製程與GPU。如果説GPU只是人優我差的問題，HBM則是人有我無的問題。

雖然A股已經對HBM進行了一輪又一輪的炒作，但不得不承認的客觀現實是，國內到現在無法量產HBM，這成為國內自研AI芯片的重大隱憂，因為GPU需要和HBM利用CoWoS工藝封裝在一起，國產的GPU和CoWoS工藝都已經解決了有沒有的問題，已經進入量產爆發階段，而HBM還遙遙無期。

不同於境外市場要麼押注龍頭海力士，要麼押注能追趕上的美光，這種簡單的選擇題。A股對HBM的投資邏輯演化成兩條：

• 參與全球產業鏈。選擇能夠參與到全球HBM供應鏈中的企業，比如做材料、代銷和封測的企業，如雅克科技、神工股份、太極實業、香農芯創等等。
  選擇相信國產化能夠成功。國內具備大宗DRAM能力的企業長鑫、晉華均未上市，因此選擇能夠可能在HBM封裝上面能夠發揮作用上市公司，如通富微電、興森科技、甬夕電子、長電科技等。

國產HBM正處於0到1的突破期；考慮到海外的貿易保護主義抬頭，可能靠自己是一條不得不走的路只能靠我們自己。

時間就是生命，但由於在DRAM領域的落后，一家企業去主導HBM的突破顯得更加困難。從產業鏈合力的角度，更有望突破，HBM顯然需要存儲廠、晶圓代工廠、封測廠的通力合作。根據最新的產業信息，到2026年我國將具備量產HBM的能力，但這一速度顯然還是有點跟不上日新月異的大模型需求。

也就是説，現在，留給HBM中國隊的時間唯「緊迫」二字。