作者:暢秋
內(nèi)存(DRAM)市場正在迎來一波上漲潮。
據(jù)TrendForce統(tǒng)計,2023年第四季度,全球DRAM產(chǎn)業(yè)總營收達174.6億美元,季增29.6%。排名前六的廠商在2023年第四季度營收環(huán)比增長都為正數(shù),且增幅普遍較大,特別是力積電(PSMC),增幅最高,達到110%。
回看一年前的2022年第四季度,全球DRAM產(chǎn)業(yè)營收122.8億美元,環(huán)比下降32.5%,跌幅逼近2008年底金融海嘯時的單季36%跌幅,2022年下跌的主要原因是受DRAM產(chǎn)品平均銷售單價(ASP)下滑影響。六大廠商方面,營收環(huán)比增長全是負數(shù),一片慘淡,最高跌幅達到41.2%。具體如下圖所示。
01終于熬出頭
從2022年底的“哀號遍野”,到2023年底的“重獲新生”,全球DRAM市場六大廠商終于熬出了頭,全面實現(xiàn)營收大幅正增長。
三星電子方面,2022年第四季度,該公司在當時的價格戰(zhàn)中,降價態(tài)度最為積極,因此,在需求衰退之際,出貨不減反增,營收金額達到55.4億美元,環(huán)比下降了25.1%,其衰退幅度是三大原廠中最低的。
到了2023年第四季度,三星電子DRAM營收達到79.5億美元,季增幅度超過50%,是三大原廠中最高的,主要是因為1α nm制程DDR5芯片出貨拉升,使得服務(wù)器DRAM的出貨位元季增超過60%。產(chǎn)能規(guī)劃方面,三星在2023年第四季度大幅減產(chǎn),庫存壓力改善后,今年第一季度投片量開始回升,產(chǎn)能利用率達到80%左右,下半年是旺季,需求預期將較上半年明顯增加,產(chǎn)能會持續(xù)提升至第四季度。
SK海力士方面,2022年第四季度,該公司營收34.0億美元,環(huán)比下降35.2%。2023年第四季度,營收增長到55.6億美元,季增20.2%。增長的主要原因是HBM、DDR5的價格優(yōu)勢,以及來自于高容量服務(wù)器DRAM模組的獲利,使得平均銷售單價季增17%~19%。產(chǎn)能規(guī)劃方面,SK海力士正在積極擴張HBM產(chǎn)能,投片量正在增加,隨著HBM3E的量產(chǎn),相關(guān)先進制程投片量也會持續(xù)上升。
美光(Micron)方面,2022年第四季度,市場份額下降最明顯的當屬美光,為23.0%,環(huán)比下降3.4個百分點,營收衰減幅度也是各大原廠之中最大的,環(huán)比下降41.2%。2023年第四季度,美光出貨位元和平均銷售單價均季增4%~6%,營收達33.5億美元,季增8.9%。美光的增幅不如三星電子和SK海力士,主要原因是該公司的DDR5和HBM出貨量占比相對較低,沒有充分利用好2023年這一波AI服務(wù)器的發(fā)展浪潮。產(chǎn)能規(guī)劃方面,美光投片量有回暖趨勢,后續(xù)將積極增加其先進制程1β nm產(chǎn)能比重,用于生產(chǎn)HBM、DDR5和LPDDR5(X)。
南亞科(Nanya)方面,2022年第四季度,出貨小幅下滑,但受到合約價下跌影響,該季度營收下滑30%。2023年第四季度,該公司營收季增12.1%,達到2.74億美元。
華邦(Winbond)方面,2022年第四季度,營收環(huán)比下滑30.3%。2023年第四季度,營收季增19.5%,約1.33億美元。
力積電方面,2022年第四季度,營收主要來自于其生產(chǎn)的標準型DRAM產(chǎn)品,不包括DRAM晶圓代工業(yè)務(wù),DRAM營收衰退約39.5%,若將代工營收計算在內(nèi),則衰退27.4%。2023年第四季度,力積電營收環(huán)比增長高達110%,若將代工營收計算在內(nèi),合計營收季增11.6%。
從以上這六大廠商2022年第四季度和2023年第四季度的營收對比情況來看,變化非常明顯,2022年還是全面負增長,2023年則全部轉(zhuǎn)正,且增幅都很大,合計達到221%。
?02三巨頭加快先進制程研發(fā)和量產(chǎn)節(jié)奏
從市占率和技術(shù)含量來看,全球DRAM市場依然是三巨頭(三星電子,SK海力士,美光)的天下。特別是在AI服務(wù)器引領(lǐng)市場發(fā)展的當下,具備高技術(shù)含量的內(nèi)存產(chǎn)品是市場渴求的,這也為三巨頭的發(fā)展提供了更多商機。
目前,三星電子、SK海力士和美光都在加大10nm級制程DRAM的研發(fā)投入,包括第四代(1α nm)和第五代 (1β nm) 版本,以生產(chǎn) HBM、DDR5和低功耗LPDDR5等高端內(nèi)存產(chǎn)品。
從DRAM三巨頭的制程節(jié)點發(fā)展歷程來看,它們在2016-2017年進入1X(16nm-19nm)階段,2018-2019年為1Y(14nm-16nm),2020年進入1Z(12nm-14nm)階段。近三年,則朝著更先進的1α(約13nm)、1β(10nm-12nm)、1γ(約10nm,1β的增強版)制程工藝技術(shù)邁進。與1α相比,1β在16Gbit的容量下,能效提高約15%、內(nèi)存密度提升35%以上。
2022年10月,三星電子在Samsung Foundry Forum 2022活動上公布了DRAM技術(shù)路線圖,當時預計2023年進入1β工藝階段,用于生產(chǎn)第五代10nm級DRAM產(chǎn)品,芯片容量可以達到24Gb(3GB)- 32Gb(4GB)。同年12月,三星電子開發(fā)出首款采用12nm級制程工藝的32Gb DDR5 DRAM,并與AMD一起完成了兼容性評估。近一年,三星正在開發(fā)11nm級DRAM芯片,并正在為該產(chǎn)品開發(fā)3D堆疊架構(gòu)和新材料。三星還表示,將于2026年推出DDR6內(nèi)存,2027年實現(xiàn)10Gbps的內(nèi)存原生速度。
隨著DRAM工藝技術(shù)的不斷進步,三星電子等廠商越來越多地將EUV光刻設(shè)備和相關(guān)技術(shù)引入到了內(nèi)存產(chǎn)品生產(chǎn)線。今年1月,三星電子開始量產(chǎn)基于EUV的14nm制程DDR5,該內(nèi)存產(chǎn)品將傳輸速度提升到了7.2Gbps,是DDR4的兩倍多,是目前業(yè)內(nèi)量產(chǎn)內(nèi)存的最高水準。
SK海力士方面,2023年1月,該公司將1α制程的DDR5服務(wù)器DRAM用到了英特爾第四代至強可擴展處理器,并在業(yè)界首次獲得認證。2023年5月,SK海力士完成了1β的技術(shù)研發(fā)工作,采用“HKMG(High-K Metal Gate)工藝,與1α DDR5相比,功耗降低了20%。該公司計劃在2024上半年將1β工藝用于LPDDR5T、HBM3E等高性能產(chǎn)品。
近日,有媒體報道稱,SK海力士正在與臺積電結(jié)成聯(lián)盟,旨在通過匯集兩家公司在AI芯片封裝方面的技術(shù)專長,鞏固它們在AI芯片市場的地位。據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露,SK海力士與臺積電形成了One Team戰(zhàn)略,包括合作開發(fā)第六代HBM,即HBM4。在此之前,SK海力士擬擴大其HBM的生產(chǎn)設(shè)施投資,以滿足市場對高性能AI產(chǎn)品的需求。按照SK海力士的計劃,該公司對硅通孔(TSV)相關(guān)產(chǎn)線的投資將比2023年增加一倍以上,力圖將產(chǎn)能翻倍,并計劃在2024上半年開始量產(chǎn)其第五代高帶寬內(nèi)存產(chǎn)品HBM3E。作為英偉達HBM內(nèi)存的合作伙伴,SK海力士目前在HBM市場處于領(lǐng)導地位。此前有報道稱,該公司將在2026年大規(guī)模生產(chǎn)HBM4,用于下一代AI服務(wù)器系統(tǒng)。
為了加快HBM3E和HBM4的量產(chǎn)腳步,SK海力士正在部署相關(guān)產(chǎn)線和設(shè)備。今年2月底,韓媒 etnews報道稱,SK海力士將在今年引入8臺EUV光刻機,以推動高性能內(nèi)存產(chǎn)品的技術(shù)演進和量產(chǎn)。
據(jù)悉,SK海力士現(xiàn)有5臺EUV光刻機,到今年末,若加上韓媒報道的8臺,其擁有的EUV光刻機總數(shù)將達到13臺,可大幅提升EUV光刻能力。該公司在第四代10納米級制程工藝1α首次引入EUV設(shè)備,當時僅在1個芯片生產(chǎn)步驟中使用,而到了目前的1β制程階段,EUV使用步驟提升到了4個。至于正在研發(fā)的1γ(或1c)制程工藝,據(jù)etnews透露,EUV使用量將進一步提升至6個步驟。
除了在DRAM制程工藝方面采用新技術(shù)和先進設(shè)備外,SK海力士和三星電子還在封裝材料方面進行著新技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)。
三星和SK海力士都在考慮在其下一代DRAM中使用模壓填充(MUF)技術(shù)。三星最近對3D堆棧(3DS)內(nèi)存進行了大規(guī)模的MR MUF工藝測試,結(jié)果顯示與現(xiàn)有的TC NCF(熱壓非導電膜)相比,吞吐量有所提高,但物理特性有所下降。
傳聞三星電子的一位高管在去年下令對MUF技術(shù)進行測試,得出的結(jié)論是MUF不適用于HBM產(chǎn)品,最為合適的對象是3DS RDIMM。一般情況下,3DS RDIMM采用硅通孔(TSV)技術(shù)制造,主要用于服務(wù)器內(nèi)存產(chǎn)品。硅通孔就是在晶圓或Die上穿出數(shù)千個小孔,實現(xiàn)硅片堆疊的垂直互連通道,而MUF則是實現(xiàn)上下連接,縮小相互之間間隙的材料,有助于緊密凝固和結(jié)合各種垂直堆疊的芯片。
MUF是一種環(huán)氧樹脂模塑化合物,在SK海力士成功將其應用于HBM2E生產(chǎn)后,受到了芯片行業(yè)的關(guān)注。SK海力士使用的這種化合物是與Namics合作生產(chǎn)的。三星計劃與SDI合作開發(fā)自己的MUF化合物,而且已經(jīng)從日本訂購了MUF所需要的相關(guān)設(shè)備,以實現(xiàn)更先進的封裝工藝,提高生產(chǎn)效率。
上面介紹的是韓國兩大DRAM巨頭的制程工藝研發(fā)和內(nèi)存產(chǎn)品量產(chǎn)情況,下面看一下另一大巨頭美光的情況。
2022年11月,美光將1β DRAM產(chǎn)品送往客戶的產(chǎn)品驗證流水線,率先進入了1β節(jié)點,且對下一代1γ制程工藝進行初步的研發(fā)設(shè)計。2023年,美光正式量產(chǎn)1β DRAM,具體來看,該產(chǎn)品是16Gb容量版本的DDR5內(nèi)存,目前,美光的1β技術(shù)已應用至該公司多種內(nèi)存解決方案,包括采用16Gb、24Gb和32Gb DRAM裸片的DDR5 RDIMM和MCRDIMM,以及采用16Gb和24Gb DRAM裸片的LPDDR5X、HBM3E和GDDR7。
目前,1β是全球最先進的量產(chǎn)DRAM制程節(jié)點,隨著1β量產(chǎn)出貨,美光正在加快下一代技術(shù)研發(fā),據(jù)悉,該公司計劃于2025年量產(chǎn)1γ DRAM,該制程產(chǎn)品將會先在臺中有EUV設(shè)備產(chǎn)線量產(chǎn)。
今年2月底,美光宣布開始量產(chǎn)HBM3E內(nèi)存,其24GB 8H HBM3E產(chǎn)品將供貨給英偉達,今年第二季度開始發(fā)貨,將應用于NVIDIA H200 Tensor Core GPU。
官方資料顯示,美光的HBM3E基于1β制程工藝,采用TSV封裝、2.5D/3D堆疊,數(shù)據(jù)傳輸速度可達1.2TB/s。
為了降低高性能DRAM的生產(chǎn)成本,美光多路并進,沒有完全依賴EUV設(shè)備。近日,美光宣布計劃采用日本佳能(Canon)的納米壓印技術(shù)(NIL)。美光詳細介紹了如何將納米壓印技術(shù)應用于DRAM生產(chǎn),納米壓印是指將帶有半導體電路圖的光罩壓印在晶圓上,通過單一的印記就能在適當?shù)奈恢眯纬蓮碗s的2D或3D電路圖,只需對光罩進行改進,甚至有能力生產(chǎn)2nm芯片。
納米壓印技術(shù)有助于解決DRAM制程中的一大挑戰(zhàn):隨著沉浸式曝光分辨率的提升,曝光層數(shù)不斷增加,導致必須增加更多的曝光步驟。傳統(tǒng)光學系統(tǒng)在繪制DRAM層圖案時存在困難,而納米壓印則可以實現(xiàn)更精細的圖案打印。與沉浸式曝光相比,納米壓印的成本僅為其20%,使其成為一個極具成本效益的解決方案。不過,納米壓印技術(shù)并不能完全替代EUV在DRAM生產(chǎn)線上的應用,只能部分采用和替代。
美光表示,將會在今年3月18日召開的全球AI大會上分享更多有關(guān)其AI服務(wù)器內(nèi)存產(chǎn)品和發(fā)展路線圖的信息。
?03結(jié)語
在經(jīng)過2022和2023上半年的低迷之后,全球DRAM市場在2023下半年迎來了復蘇,使得各大內(nèi)存廠商終于可以喘口氣了,兩年的苦日子使這些廠商的營收和產(chǎn)能利用率大幅下滑,隨著新周期的到來,存儲芯片,特別是內(nèi)存芯片市場的繁榮期再次歸來,相關(guān)廠商又要回到半導體行業(yè)營收榜單前列了。
隨著AI的火爆,相關(guān)服務(wù)器系統(tǒng)對內(nèi)存,特別是高性能產(chǎn)品的需求持續(xù)提升。各大DRAM廠商,特別是行業(yè)三巨頭都在加快先進制程工藝技術(shù)和產(chǎn)品的研發(fā),量產(chǎn)產(chǎn)品也是你追我趕。預計這種情況將在未來兩三年內(nèi)持續(xù)下去。
另外,在市場需求和先進工藝技術(shù)雙重驅(qū)動下,全球排名第四及之后的DRAM廠商與行業(yè)三巨頭之間的市占率和營收差距很可能會進一步加大,這從近3年的營收和市占率榜單中就可以看出來。