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存儲芯片巨頭,開(kāi)啟AI算力爭霸賽

發(fā)布人:芯東西 時(shí)間:2023-08-01 來(lái)源:工程師 發(fā)布文章
巨頭排隊瘋搶、價(jià)格一路暴漲,HBM乘上生成式AI快車(chē)。

作者 |  ZeR0
編輯 |  漠影
韓國存儲芯片巨頭們正在打一場(chǎng)翻身仗。盡管從最新財報來(lái)看,存儲芯片復蘇未見(jiàn)好轉,供應過(guò)剩導致?tīng)I業(yè)利潤大幅下降,但這些存儲芯片巨頭們的股價(jià)均在上周上漲。力挽狂瀾的核心功臣,便是逐漸成為數據中心AI訓練必備組件的AI相關(guān)內存芯片——高帶寬內存(HBM)。因生成式AI開(kāi)發(fā)和商業(yè)化競爭加劇,第二季度對AI相關(guān)內存的需求大幅增加。HBM的受關(guān)注程度,在上周SK海力士和三星發(fā)布最新財報后舉行的電話(huà)會(huì )議期間可見(jiàn)一斑,分析師們就HBM相關(guān)進(jìn)展和后續規劃密集發(fā)問(wèn)。自去年英偉達發(fā)布世界首款采用HBM3的GPU H100以來(lái),HBM3及更先進(jìn)HBM芯片的熱度一直居高不下。據英國《金融時(shí)報》援引兩位接近SK海力士的消息人士報道,英偉達和AMD要求SK海力士提供尚未量產(chǎn)的下一代HBM3E芯片的樣品。英偉達已要求SK海力士盡快供應HBM3E,并愿意支付“溢價(jià)”。

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▲英偉達GPU及其他AI芯片HBM采用情況(圖源:SemiAnaysis

雖說(shuō)今年縮減開(kāi)支是重頭戲,但存儲芯片巨頭們在HBM方向的投資仍相當舍得——合計掌控著(zhù)全球90%HBM芯片市場(chǎng)的兩家大廠(chǎng)SK海力士和三星均表態(tài),計劃明年將HBM芯片產(chǎn)量提高一倍,并為了更好應對HBM不斷增長(cháng)的需求,而減少其他類(lèi)別存儲芯片的投資。
01.英偉達AMD微軟亞馬遜排隊坐等用上HBM3E


高帶寬內存(HBM)屬于DRAM的一類(lèi)分支,使用堆疊技術(shù)來(lái)提高圖形處理器(GPU)等計算芯片的帶寬和性能,相比傳統DRAM芯片產(chǎn)品具有尺寸更小、功耗更低、帶寬更高、處理數據速度更快等優(yōu)勢。

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 ▲2015年AMD介紹新型存儲芯片HBM(圖源:AMD)

HBM最初用于高端游戲顯卡,目前在全球動(dòng)態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)市場(chǎng)中占有的市場(chǎng)份額較小,但潛力非??捎^(guān)。隨著(zhù)云計算及生成式AI服務(wù)的發(fā)展,全球大型科技公司將越來(lái)越多地使用HBM,來(lái)快速處理快速增長(cháng)的數據。據芯片行業(yè)咨詢(xún)公司SemiAnalysis披露,HBM的價(jià)格大約是標準DRAM芯片的5倍,利潤豐厚,預計到HBM占全球內存收入的比例將從目前的不到5%增長(cháng)到2026年的20%以上。自2013年開(kāi)發(fā)全球首款HBM芯片以來(lái),全球第二大存儲芯片巨頭SK海力士一直處于HBM領(lǐng)先地位。這也是SK海力士首次在內存技術(shù)競賽中領(lǐng)先于三星。隨后兩家韓企進(jìn)入激烈的HBM搶位賽,爭相開(kāi)始量產(chǎn)HBM2、HBM2E等芯片。2022年6月,SK海力士宣布開(kāi)始量產(chǎn)業(yè)界首款HBM3內存,與英偉達H100 GPU配合使用,預計將于2022年第三季度發(fā)貨。該內存將為H100提供高達819GB/s的內存帶寬。

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▲歷代HBM性能演進(jìn)(圖源:SK海力士和Rambus)

目前SK海力士是目前唯一一家批量出貨HBM3的供應商,擁有超過(guò)95%的市場(chǎng)份額。它正在為AMD MI300X和英偉達H100生產(chǎn)數據速率為5.6GT/s的12層24GB HBM3。今年一開(kāi)年,HBM3便呈大熱之勢,訂單迅速增加。2月份有報道稱(chēng),據市場(chǎng)人士透露,HBM3價(jià)格近期上漲了5倍。隨后在5月30日,SK海力士乘勝追擊推出最新的HBM3E,每個(gè)堆棧的帶寬從HBM3的819GB/s增加到1TB/s,將于明年上半年投入生產(chǎn),據說(shuō)英偉達、AMD、微軟、亞馬遜等芯片大廠(chǎng)正排隊搶貨。這驅動(dòng)HBM價(jià)格進(jìn)一步大幅上漲。據行研機構TrendForce的數據,SK海力士2022年在全球HBM市場(chǎng)占有50%的份額,三星以40%的份額緊隨其后,美國存儲芯片巨頭對手美光以10%的份額排名第三。SK海力士披露,生成式AI市場(chǎng)的擴張已迅速推高對AI服務(wù)器內存的需求。在A(yíng)I相關(guān)需求激增的驅動(dòng)下,上周三,SK海力士報告其今年第二季度同比由盈轉虧,營(yíng)業(yè)虧損為2.88萬(wàn)億韓元,其股價(jià)上周卻上漲了12%。

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▲過(guò)去半年SK海力士股價(jià)變化

次日,三星宣布第二季度營(yíng)業(yè)利潤為6685億韓元,同比下降95%。受益于最新一代HBM3芯片在內的高端內存技術(shù)訂單激增,三星股價(jià)周四上漲了2.4%,然后又有所回落。

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▲過(guò)去半年三星電子股價(jià)變化

TrendForce預測,2023年全球HBM芯片需求將增長(cháng)60%,達到2.9億GB,明年將再增長(cháng)30%,2025年整體市場(chǎng)有望達20億美元以上。預計明年SK海力士將占據HBM市場(chǎng)53%的份額,其次是三星(38%)和美光(9%)。
02.AI服務(wù)器使用的內存比傳統服務(wù)器至少多出1~8倍


在財報電話(huà)會(huì )議上,SK海力士首席財務(wù)官Kim Woohyun說(shuō):“與傳統服務(wù)器相比,AI服務(wù)器使用的內存至少多出1~8倍,以實(shí)現更快的計算處理,并采用HBM等高性能內存產(chǎn)品,這不僅會(huì )推動(dòng)需求,而且對盈利能力產(chǎn)生了積極影響。他談道,從今年年初開(kāi)始,智能手機、個(gè)人電腦和服務(wù)器的需求一直疲軟。但從第二季度開(kāi)始,AI服務(wù)器的需求急劇上升,抵消了其他產(chǎn)品需求的部分損失。自第二季度以來(lái),生成式AI引發(fā)的對高端服務(wù)器的需求迅速增加。相應地,高密度DDR5和HBM產(chǎn)品的需求也在快速增長(cháng)。三星內存業(yè)務(wù)執行副總裁Jaejune Kim在三星財報電話(huà)會(huì )議上談到第二季度在服務(wù)器方面的內存需求,由于對生成式AI的強勁需求,數據中心領(lǐng)域的投資在有限的資本支出中集中在A(yíng)I服務(wù)器上,對通用服務(wù)器和存儲的需求相對有限。今年隨著(zhù)企業(yè)投資水平的降低,存儲芯片客戶(hù)將重點(diǎn)放在昂貴的AI服務(wù)器上的投資,對傳統服務(wù)器的投資可能會(huì )暫時(shí)下降。不過(guò),SK海力士分析預測,通用服務(wù)器仍將廣泛用于A(yíng)I服務(wù)的開(kāi)發(fā)、部署和運營(yíng),因此從長(cháng)遠來(lái)看也將刺激通用服務(wù)器的需求增長(cháng)。據Kim Woohyun披露,SK海力士的圖形DRAM銷(xiāo)售額(包括HBM產(chǎn)品)此前僅占DRAM銷(xiāo)售額的個(gè)位數百分比。但自從去年第四季度達到DRAM銷(xiāo)售額的10%以來(lái),這一比例迅速增長(cháng)到第二季度超過(guò)20%。SK海力士用于A(yíng)I服務(wù)器的HBM和高密度DDR5模塊的銷(xiāo)量大幅增長(cháng)。該公司預計今年HBM的銷(xiāo)量預計將比去年增長(cháng)兩倍以上,并預計明年將進(jìn)一步增長(cháng)。
03.今明HBM需求預計陡峭增漲兩家大廠(chǎng)披露HBM最新路線(xiàn)圖


業(yè)內專(zhuān)家表示,由于調整產(chǎn)能需要時(shí)間,未來(lái)兩年HBM供應預計仍將緊張,而快速增加HBM產(chǎn)量也很困難,因為它需要專(zhuān)門(mén)的生產(chǎn)線(xiàn)。SK海力士和三星給出了相近的產(chǎn)業(yè)趨勢解讀:內存需求一直在從去年創(chuàng )紀錄的低增長(cháng)水平中復蘇,當前復蘇尚不足以使全行業(yè)庫存水平恢復正常,上半年庫存水平仍較高,但庫存已經(jīng)見(jiàn)頂,并預測隨著(zhù)減產(chǎn)效果進(jìn)一步顯現,下半年存儲芯片需求將較上半年有所改善。為了進(jìn)一步加速庫存正?;?,兩家存儲芯片大廠(chǎng)都在選擇性地對DRAM和NAND的某些產(chǎn)品進(jìn)行額外的生產(chǎn)調整,下半年重點(diǎn)抓盈利能力,專(zhuān)注于高附加值和高密度產(chǎn)品來(lái)優(yōu)化其產(chǎn)品組合,特別是加強銷(xiāo)售組合中HBM、DDR5等高價(jià)值前沿產(chǎn)品的份額的增長(cháng),減少庫存水平較高、盈利能力不及DRAM的NAND的產(chǎn)量。

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▲SK海力士在財報電話(huà)會(huì )議期間披露公司后續規劃,將支持高密度和HBM產(chǎn)品需求

SK海力士相信第三季度AI服務(wù)器需求將持續增漲,特別是高密度DDR模塊和HBM,這兩款產(chǎn)品的收入有望在下半年比上半年增速更高,HBM的需求將在明年保持相當健康的增長(cháng)。近期,特別是隨著(zhù)超大規模企業(yè)對生成式AI服務(wù)的競爭加劇,三星收到了來(lái)自此類(lèi)客戶(hù)的大量需求,預計今年和明年HBM的需求可能會(huì )出現相當陡峭的增長(cháng)。目前SK海力士的首要任務(wù)是投資增加HBM的大規模生產(chǎn)。該公司剛剛對今年年初制定的有關(guān)技術(shù)產(chǎn)能組合的規劃進(jìn)行了調整,以應對對高密度DDR5和HBM不斷增長(cháng)的需求。對于HBM路線(xiàn)圖來(lái)說(shuō),重要的是與GPU的發(fā)布或領(lǐng)先加速器市場(chǎng)的公司的時(shí)間表保持一致。SK海力士預計將在2026年某個(gè)時(shí)候轉向HBM Gen 4,并正為此做準備。根據其路線(xiàn)圖,明年下半年將是HBM3E量產(chǎn)期,也是HBM3E的供應擴大期。今年SK海力士的重點(diǎn)是增加HBM量產(chǎn)所需的1Z納米的比例,還準備增加1B納米產(chǎn)能和TSV產(chǎn)能,為明年上半年開(kāi)始供貨的HBM3E做準備。為了與市場(chǎng)增長(cháng)預期保持一致,三星一直在擴展其HBM業(yè)務(wù),產(chǎn)品方面擁有向主要客戶(hù)獨家供應HBM2的記錄,后續還就HBM2E開(kāi)展業(yè)務(wù),計劃2023年下半年開(kāi)始大規模生產(chǎn)HBM3。三星HBM3正在接受具有行業(yè)頂級性能和密度或容量的客戶(hù)資格認證,已開(kāi)始向主要的AI SoC公司和云計算公司發(fā)貨8層16GB和12層24GB產(chǎn)品。具有更高性能和容量的三星下一代HBM3P芯片計劃于今年晚些時(shí)候發(fā)布。

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▲三星HBM3介紹(圖源:SemiAnalysis)

三星還一直投資HBM生產(chǎn)能力,基于此已經(jīng)預訂了大約10億或十億中值Gb級的客戶(hù)需求,大約是去年的兩倍,并正在通過(guò)提高生產(chǎn)力來(lái)進(jìn)一步提高供應能力,到2024年計劃將HBM產(chǎn)能增加至少是2023年水平的兩倍。另據此前報道,三星擬投資1萬(wàn)億韓元擴產(chǎn)HBM。對于三星來(lái)說(shuō),它雖然在HBM競爭的反應比SK海力士慢半拍,但考慮到通常AI芯片與HBM存儲器一起集成到單個(gè)封裝中,三星擁有一個(gè)其他芯片企業(yè)所不具備的優(yōu)勢——兼具先進(jìn)GAA工藝技術(shù)、HBM技術(shù)和先進(jìn)封裝技術(shù)。如果未來(lái)三星能夠推出最大化發(fā)揮這三類(lèi)關(guān)鍵技術(shù)協(xié)同效應的解決方案,這有望成為未來(lái)三星在A(yíng)I算力市場(chǎng)競爭中的關(guān)鍵壁壘。
04.結語(yǔ):存儲芯片巨頭打響HBM爭霸賽


隨著(zhù)云計算和生成式AI服務(wù)越來(lái)越受歡迎,對HBM等高性能內存芯片的需求與日俱增。在HBM價(jià)格不斷上漲的情況下,英偉達等芯片巨頭仍在預訂更多HBM產(chǎn)能來(lái)滿(mǎn)足其GPU需求,這導致HBM3芯片的供給更加緊俏。在今年資本支出大幅下降的情況下,在HBM市場(chǎng)領(lǐng)先的SK海力士正通過(guò)提高生產(chǎn)力、加快設備交付時(shí)間和削減其他領(lǐng)域的投資等努力,確保HBM3的產(chǎn)能和投資。穩居全球存儲芯片第一的三星,自然不甘在HBM這一極具前景的細分市場(chǎng)屈居于SK海力士身后,亦加大馬力爭取新訂單并專(zhuān)注于HBM等高附加值產(chǎn)品的銷(xiāo)售。全球排名第三的美國存儲芯片巨頭美光科技也在上周面向AI客戶(hù)發(fā)布了最新DRAM四年路線(xiàn)圖,包括用于A(yíng)I和高性能計算應用的HBMNext。到2024年,美光科技HBM3E預計將在第三季度/第四季度開(kāi)始出貨。

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▲美光科技披露面向AI基礎設施需求的解決方案路線(xiàn)圖

存儲芯片巨頭們正在嚴陣以待,通過(guò)加大在先進(jìn)技術(shù)突破和擴大產(chǎn)能方面的投資,為持續到來(lái)的HBM等支持大規模數據處理的高性能內存產(chǎn)品的需求激增做好準備。SK海力士能否在HBM技術(shù)和市場(chǎng)保持領(lǐng)先身位、長(cháng)期掌握議價(jià)權,也是業(yè)界強烈關(guān)注的焦點(diǎn)。


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