振华航空芯知识:HBM悬而未决,三星半导体处于十字路口
发布时间:2024/8/19
韩国媒体报道称,英伟达要求三星更改其高带宽内存(HBM)的设计,这将导致供货进一步延迟。巧合的是,三星股价也在同一天下跌。该报道在发布几小时后就被删除。三星否认了这一消息。
就在上个月,三星更换了芯片部门的负责人,很多人认为这是三星在 HBM 方面落后于竞争对手的反应。此后,有关三星未能赢得 Nvidia 合同的类似报道也不断出现。
Nvidia 曾经是内存制造商的小客户,只购买少量图形 DRAM。现在它已经成为与 Apple 级别相当的顶级客户之一。
这是因为生成式人工智能的流行,它导致了芯片行业发生翻天覆地的变化。例如,晶圆厂设备制造商韩美半导体的市值如今与收入为其百倍的 LG 电子相近。换句话说,整个芯片行业正在经历繁荣。一些公司会崛起,另一些会倒下。
周二,英伟达超越微软,成为全球市值最高的公司。自 2022 年 11 月 30 日 OpenAI 推出 ChatGPT 以来,这家 GPU 制造商的股价和收益一路飙升。
Nvidia 最新财季营收 260.4 亿美元,营业利润 169 亿美元(利润率令人难以置信),远超市场预期。AI GPU 占其营收的 86.7%。在 ChatGPT 之前,游戏 GPU 是其主营业务,但从 2022 年中期开始,AI GPU 在营收方面开始超越它们。
该公司的 AI 加速器 H100 采用其 GPU 和 SK Hynix 的 HBM,每块板的成本为 5000 万韩元。但需求超过了供应。Nvidia 首席执行官黄仁勋在最新季度电话会议上表示,其继任者 H200 预计也将面临短缺。
AI加速器板短缺的原因是其封装所用部件的生产能力不足。H100和H200在一块大板上有一个硅中介层。GPU和HBM放置在中介层上。虽然HBM芯片芯片供应确实很慢,但台积电的晶圆上基板芯片(CoWoS)封装生产能力慢到瓶颈。还有硅中介层。
台积电正在积极扩大其 CoWoS 封装产能。然而,硅中介层的情况则有所不同。
硅中介层用于将多个芯片集成到一个封装中以传输电信号。
而且 H100 中使用的中介层相当大。据台积电称,H100 上的硅中介层是光刻掩模尺寸的 3.3 倍(26×33 mm=858mm2)。因此,中介层的表面积为 2831mm2。这意味着使用 40 纳米 (nm) 工艺,如果良品率为 100%,300 毫米晶圆最多可以提供 9 个中介层单元。考虑到中介层在晶圆上时要经过布线和硅通孔工艺,因此会有一些有缺陷的单元,因此单个晶圆实际上可以提供 6 到 7 个中介层。
随着 GPU 变得越来越先进,它们将变得更大,HBM 的数量也将增加。这意味着中介层也需要变得更大。据台积电称,到 2026 年,中介层的尺寸将是光刻掩模的 5.5 倍,到 2027 年将增加到 8 倍。因此,单个晶圆上可制造的中介层数量将进一步下降到 5 个。这一限制是玻璃基板(可充当中介层)受到芯片制造商高度关注的原因之一。
由于产能不足,台积电正在从联电等其他公司采购中介层。但这只是短期解决方案。台积电的 CoWoS-L 或具有本地互连的 CoWoS 等新封装技术需要商业化,其中中介层仅放置在必要的区域。然而,这需要与前端工艺相当的复杂程度。
虽然时机对三星来说很重要,但中介层短缺可能是 Nvidia 不可避免地向这家韩国科技巨头下订单的原因。三星是少数能够设计和生产自己的中介层的芯片制造商之一。它还拥有 HBM 和 2.5D 封装生产能力。三星本月早些时候在其三星代工论坛上强调,它是唯一一家能够提供交钥匙内存、中介层和封装的公司。
对于三星来说,更大的挑战是赶上 SK Hynix 的 HBM,后者的设计特性是针对 Nvidia 的 GPU 定制的。这是全球内存芯片领导者三星从未遇到过的情况。三星的 HBM 能否通过 Nvidia 的质量测试?似乎可以。但关键在于如何通过,而不是何时通过。