为啥HBM涨了5倍？

炒股就看金麒麟分析师研报，权威，专业，及时，全面，助您挖掘潜力主题机会！

存储的寒气从去年吹到现在，虽然今年开年以来不时听到触底反弹的声音，但市场仍未见明显解冻现象。

TrendForce数据显示，本季度，占据存储市场一半以上的DRAM，已经连续三个季度下跌。DRAM三巨头三星、SK海力士和美光在出货量方面仅美光有上升，其余均衰退；平均销售单价三者均下跌，并且预计三巨头在Q2还将继续亏损。

以DRAM 4月的指标性产品DDR4 8Gb为例，批发价为每个1.48美元左右，环比下跌1%；4Gb产品价格为每个1.1美元左右，环比下跌8%。

在DRAM的整体颓势之中，HBM（高带宽内存，High Bandwidth Memory）却在逆势增长。身为DRAM的一种，与大部队背道而驰，价格一路水涨船高。据媒体报道，2023年开年后三星、SK海力士两家存储大厂HBM订单快速增加，HBM3规格DRAM价格上涨5倍。HBM3原本价格大约30美元每GB，现在的价格怕是更加惊人。

一边是总体DRAM跌到成本价，一边是“尖子生”HBM价格涨5倍。

HBM到底是什么？用在什么地方？为什么和其他DRAM差别这么大，价格水涨船高？

01

什么是HBM

HBM（High Bandwidth Memory），意为高带宽存储器，是一种面向需要极高吞吐量的数据密集型应用程序的DRAM，HBM的作用类似于数据的“中转站”，就是将使用的每一帧，每一幅图像等图像数据保存到帧缓存区中，等待GPU调用。

正如其名，HBM与其他DRAM最大的差别就是拥有超高的带宽。最新的HBM3的带宽最高可以达到819 GB/s，而最新的GDDR6的带宽最高只有96GB/s，CPU和硬件处理单元的常用外挂存储设备DDR4的带宽更是只有HBM的1/10。

超高的带宽让HBM成为了高性能GPU的核心组件。自从去年ChatGPT出现以来，HBM作为AI服务器的“标配”，更是开始狠刷存在感。从“鲜有问津”的高岭之花，变成了大厂们争相抢夺的“香饽饽”。

HBM为什么可以拥有这么高的带宽？它和其他DRAM的差别在哪？为什么会成为高端GPU的标配呢？

先说一下HBM是怎么发展而来的。

按照不同应用场景，JEDEC（固态技术协会）将DRAM分为三个类型：标准DDR、移动DDR以及图形DDR，HBM属于最后一种。

图形DDR中，先出现的是GDDR（Graphics DDR），它是为了设计高端显卡而特别设计的高性能DDR存储器规格，是打破“内存墙”的有效方案。

由于处理器与存储器的工艺、封装、需求的不同，二者之间的性能差距越来越大，过去20年中，硬件的峰值计算能力增加了90,000倍，但是内存/硬件互连带宽却只是提高了30倍。当存储的性能跟不上处理器，对指令和数据的搬运（写入和读出）的时间将是处理器运算所消耗时间的几十倍乃至几百倍。

可以想象一下，数据传输就像处在一个巨大的漏斗之中，不管处理器灌进去多少，存储器都只能“细水长流”。而数据交换通路窄以及其引发的高能耗，便是通常所说的“内存墙”。

为了让数据传输更快，就必须要提高内存带宽，内存带宽是处理器可以从内存读取数据或将数据存储到内存的速率。GDDR采用传统的方法将标准PCB和测试的DRAMs与SoC连接在一起，旨在以较窄的通道提供更高的数据速率，进而实现必要的吞吐量，具有较高的带宽和较好的能耗效率。

不过，随着AI等新需求的出现以及风靡，对带宽的要求更高了，GDDR也开始不够用。但是按照GDDR现有的模式很难有突破性的带宽进展，存储厂商们望着现有的GDDR，终于顿悟：这样“躺平”下去不行，得“叠”起来！于是，HBM出现了。

所以，HBM其实是GDDR的替代品，是将DDR芯片堆叠在一起后和GPU封装在一起，实现大容量，高位宽的DDR组合阵列。听起来有点复杂，看下面这张图就一目了然了。

GDDR作为独立封装，在PCB上围绕在处理器的周围，而HBM则排布在硅中阶层(Silicon Interposer)上并和GPU封装在一起，面积一下子缩小了很多，举个例子，HBM2比GDDR5直接省了94%的表面积。并且，HBM离GPU更近了，这样数据传输也就更快了。

HBM之所以可以做到这样的布局，是因为采用了3D堆叠技术。HBM将DRAM裸片像摩天大楼一样垂直堆叠，并通过硅通孔（Through Silicon Via, 简称“TSV”）技术将“每层楼”连接在一起，贯通所有芯片层的柱状通道传输信号、指令、电流，以增加吞吐量并克服单一封装内带宽的限制。你可以将HBM想象成一个切的整整齐齐的三明治，TSV就是扎在里面的那根牙签，将整个三明治固定并打通。

采用3D堆叠技术之后，其直接结果就是接口变得更宽，其下方互联的触点数量远远多于DDR内存连接到CPU的线路数量。从传输位宽的角度来看，4层DRAM裸片高度的HBM内存总共就是1024 bit位宽。很多GPU、CPU周围都有4片这样的HBM内存，则总共位宽就是4096bit。

因此，与传统内存技术相比，HBM具有更高带宽、