HBM正从高性能计算领域逐渐向消费电子等更广泛的市场渗透，其影响力正不断扩大，各大HBM制造企业在这一领域展开的技术博弈也将更加激烈。

近日，苹果公司表示，正为20周年版iPhone研发多项创新技术，其中HBM被视为关键发展方向之一，苹果已与三星和SK海力士等主要内存供应商展开讨论。集邦咨询在最新报告中提出，HBM技术迭代迅速，预计HBM3e将在2025年占据超90%的出货份额，而HBM4也已蓄势待发，将于2026年第二季度投入量产。

技术发展更“深”

HBM的性能飞跃源于多项关键技术的协同创新，其中硅通孔（TSV）技术是实现垂直互联的基础。

TSV的本质是用立体互联打破平面的限制，通过在硅片内部构建导电通道，将多层DRAM芯片堆叠成数据洪流的高速通道。因此，该技术的每一次技术突破都直接推动着HBM性能的代际跃升。韩美半导体董事长Kwak Dong-shin表示：“TSV的精度每提升1微米，HBM的带宽就能增加100GB/s。”

HBM1采用的第一代TSV技术，深宽比仅1∶10，单堆栈最多堆叠4层DRAM芯片，带宽仅128GB/s；到HBM2时代，TSV深宽比提升至1∶15，8层堆叠实现256GB/s带宽；而HBM3e的第三代TSV技术将深宽比拓展至1∶20，配合12层堆叠设计，带宽跃升至2.8TB/s。

当前，头部企业的TSV技术路线呈现出差异化竞争态势。

SK海力士选择“精度优先”策略，其HBM3e产品采用的第三代TSV技术，通过“先通孔后研磨”工艺，将产品的深宽比提升至1∶20，显著缩短了信号传输路径，使信号延迟较前代降低15%，为2.8TB/s的带宽提供了支撑。这项技术使其产品在英伟达H100的认证测试中，信号完整性达到99.99%。

三星主攻“密度突破”，在16层堆叠样品中采用“阶梯式TSV”设计，将不同层的通孔错开排列，减少应力集中，使堆栈高度控制在300微米以内，较同规格产品降低15%，为薄型化封装创造条件。

美光则在边缘计算专用HBM中采用“混合TSV”方案，将关键信号通道的通孔直径设为7微米，普通通道放宽至10微米，在保证性能的同时降低20%的制造成本，赢得亚马逊AWS的边缘服务器订单。

随着各家企业开始进军HBM4，TSV技术的演进正面临物理极限的考验。专家表示，当TSV的深宽比需突破1∶25，会导致蚀刻过程中的电荷积累不均，可能使孔壁出现纳米级裂纹。IMEC（比利时微电子研究中心）的研究显示，采用新型硅锗合金衬底可减少蚀刻损伤，使深宽比1∶30的TSV漏电率降低50%。同时，随着通孔数量突破百万级，信号串扰问题越发突出。

但台积电在近期表示，可以在CoWoS中介层中引入TSV屏蔽技术，通过在通孔周围设置接地环，将串扰噪声控制在-80dB以下，为HBM4的4096位接口提供稳定保障。

此外，在TSV的蚀刻环节，等离子体刻蚀机需要在硅片上打出深度均匀的孔洞，孔壁粗糙度需控制在2纳米以内，相当于头发丝直径的十万分之一。TEL提供的TSV专用刻蚀设备，通过实时监测等离子体密度，将孔深偏差控制在±0.5微米内，为SK海力士HBM3e的良率提升至85%提供了支撑。

而通孔填充环节更堪称微观世界的“无缝焊接”，应用材料公司开发的电化学沉积系统，能在5微米的孔洞内实现铜原子的均匀堆积，避免产生气泡或缝隙，其填充速率达到每秒10纳米，确保HBM堆栈的垂直电阻低于50毫欧。

与TSV技术共同成长的还有ALD技术和混合键合技术。在TSV加工环节，ALD技术负责沉积5~10纳米的氧化铝绝缘层，将铜柱与硅基底的漏电通道彻底阻断。在DRAM单元制造中，ALD生长的高介电常数薄膜使存储电容在面积缩小30%的情况下保持容量不变。SK海力士在HBM3e中采用的“ALD+等离子体处理”复合工艺，使TSV孔壁的粗糙度降至0.5纳米以下，信号传输损耗较前代降低15%。

混合键合作为先进的三维集成技术，也在进一步发挥作用。SK海力士在HBM3e中率先应用铜—铜直接键合，取消传统凸点设计，使互联密度从每平方毫米10万个提升至100万个，英伟达H100因此实现1.8TB/s的内存带宽。三星虽在混合键合验证中遇挫，但其16层堆叠样品通过优化键合压力分布，将界面电阻控制在50毫欧以下，为HBM4的量产打下基础。

应用领域更“广”

HBM技术的飞速发展，使其不止在高性能计算（HPC）和人工智能领域大放异彩，也在消费电子、智能汽车、物联网等新领域崭露头角。

消费电子领域对高性能、低功耗组件的追求从未停歇，HBM技术的特性恰好契合这一需求。

由于AI摄影、AI语音助手等功能需要在手机端运行大模型，智能手机需要在短时间内处理大量的数据。传统的LPDDR内存已难以满足端侧的高性能需求，而HBM技术的出现为智能手机性能的提升带来了新的可能，各大手机厂商已开始布局。

有消息称，苹果公司已与三星和SK海力士等厂商商讨，计划在iPhone中采用HBM产品；三星也计划于2028年推出首款搭载LPW DRAM内存（移动HBM）的移动产品，这款产品通过堆叠LPDDR DRAM，显著增加了I/O接口数量，不仅降低了能耗，还将设备性能提升至全新高度，其带宽可达200GB/s以上，较现有的LPDDR5x提升了166%。

不仅是手机，在笔记本电脑领域，也有企业跃跃欲试。有消息称，SK海力士推出的“Mini HBM”方案，通过减少堆栈层数至4层，将单颗芯片容量控制在8GB，成本降至标准HBM3的1/3，却仍保持1024GB/s的带宽，这一方案有望被应用于高端游戏本。

随着汽车“新四化”趋势的推进，汽车对数据处理能力的要求呈指数级增长。例如，先进辅助驾驶需要实时处理来自摄像头、雷达等传感器的大量数据，包括车辆周围的环境信息、其他车辆和行人的位置信息等，每小时产生的数据量可达数TB。基于HBM，汽车科技企业能够为汽车的数据处理提供更多方案。

目前，SK海力士的车规级HBM2E已被应用于谷歌旗下的Waymo自动驾驶汽车，这款产品内存为8GB，传输速度达到3.2Gbps，实现了410GB/s的带宽，为自动驾驶汽车的实时数据处理、高分辨率图像处理等提供了支持。SK海力士还积极与英伟达、特斯拉等行业巨头拓展合作，致力于将HBM技术更广泛地应用于自动驾驶汽车中。

HBM在物联网设备数据处理和存储中同样具有广阔的应用前景。HBM技术能够为物联网设备提供高带宽、低延迟的内存支持，满足边缘计算在本地快速处理数据的要求。比如西门子部署的智能工厂里，装配机器人搭载的边缘计算单元集成美光HBM3，通过实时处理32路高清摄像头的数据流，实现了0.1毫米级的装配精度，错误率较传统方案降低90%，提高了生产效率和产品质量。

在智能家居方面，各种智能设备如智能摄像头、智能音箱、智能家电等都需要进行数据处理和存储，HBM可以为智能家电提供更强大的数据处理能力，使其更快速地响应用户指令，实现设备之间的智能联动。

尽管HBM在应用场景拓展方面展现出了巨大的潜力，但在实际推广和应用过程中，仍然面临着诸多挑战。这些挑战涵盖了成本、性能、散热、体积、兼容性和安全性等多个领域。

为了应对不同的应用场景，定制化也成为了HBM未来发展的关键方向之一。例如，针对手机、平板电脑等紧凑型设备，定制化的HBM需要优化散热设计，采用高效的散热模块和热管等技术，并尽可能轻量化。

市场竞争更“热”

市场研究机构Yole预测，HBM的市场规模将从2022年的27亿美元增至2029年的377亿美元，年复合增长率达到38%，到2030年HBM市场规模有望突破1000亿美元。如此大的“蛋糕”，促使各大HBM制造企业之间的竞争越来越激烈。

SK海力士作为HBM的缔造者，在HBM市场份额中独占鳌头。今年第一季度，SK海力士以36.7%的市场份额超越三星，首次在全球DRAM市场夺冠，其在HBM市场的优势进一步扩大，市场份额已达到三星的两倍以上。

与英伟达的紧密合作是SK海力士巩固市场份额的重要策略。这种紧密的合作关系，不仅为SK海力士带来了稳定的订单和收入，还使得SK海力士能够深入了解英伟达的技术需求和发展方向，从而提前布局，研发出更符合英伟达需求的HBM产品。

在产品技术方面，SK海力士不仅率先推出面向AI的12层HBM4内存样品，并向主要客户出样，还与台积电签署合作备忘录，共同生产下一代HBM，通过先进封装技术提高逻辑和HBM的集成度。SK海力士计划在今年下半年量产12层HBM4产品，并且在2026年推出16层堆叠的HBM4E产品，内存带宽将是HBM4的1.4倍。

三星作为存储领域的老大哥，纵横江湖多年，在HBM市场的发展历程却是一波三折，其HBM3e产品始终无法得到英伟达等厂商的验证，主要原因是散热、功耗和良率问题，也严重影响了三星的收入和市场份额。

为了扭转局势，三星内部进行了一系列的调整。在人员调配方面，三星将部分员工从半导体代工部门调配至HBM业务，加强该业务的研发和生产能力。

在技术研发方向上，三星启动了“双轨计划”。一方面，短期冲刺验证，调整1a DRAM的信号完整性设计，优化TSV（硅通孔）封装良率，目标在今年第三季度前满足英伟达要求。另一方面，长期押注HBM4，在设备解决方案部门新设“HBM开发组”，专注推进HBM4技术。三星计划在HBM4设计中采用4纳米工艺，联合AMD、高通等客户共同研究3D堆叠与混合键合技术，计划2026年实现HBM4与CPU/GPU的协同设计，构建差异化竞争力。

美光在HBM市场虽然起步相对较晚，但凭借其先进的制程技术，正展现出惊人的追赶速度。美光近期宣布，其采用1β（1-beta）DRAM制程、经过验证的12层先进封装技术及内存内建自测试（MBIST）功能生产的12层堆叠36GB HBM4内存，已向多家主要客户送样，预计将于2026年量产，以配合客户下一代AI平台的扩产进度。

在产能扩充方面，美光计划在全球范围内扩展其生产能力，包括在日本广岛市新建一家DRAM芯片工厂，预计最快将于2027年投入运营。这家新工厂将专注于DRAM生产，尤其是HBM产品的生产，届时将大幅提升美光的HBM产能。市场拓展方面，目前，美光已经与多家下游客户就2025年的HBM供货达成协议。

美光预计，2025年其HBM市场占有率将提高到20%~25%之间，到2027-2028年，发布12层和16层堆叠的HBM4E产品，带宽达2TB/s以上。此外，美光还与美满电子等合作，为下一代XPU定制HBM方案，以满足不同客户的多样化需求。

HBM作为顺应时代发展的产物，仍处于半导体行业变革的核心。随着技术瓶颈的逐步突破和市场需求的持续增长，HBM有望在未来十年内成为内存市场的主流，继续改变计算架构和数据处理模式。