HBM產(chǎn)業(yè)鏈材料端行業(yè)市場(chǎng)分析

HBM產(chǎn)業(yè)鏈材料端行業(yè)市場(chǎng)分析1.ChatGPT掀起AI技術(shù)革命，算力迭代點(diǎn)燃HBM需求ChatGPT引發(fā)大模型時(shí)代變革，人工智能浪潮來(lái)臨ChatGPT推動(dòng)大模型時(shí)代變革，引發(fā)人工智能投資熱潮。ChatGPT是OpenAI公司在其GPT語(yǔ)言模型系列產(chǎn)品基礎(chǔ)上研發(fā)的新一代對(duì)話(huà)式人工智能系統(tǒng)，一經(jīng)推出就便在網(wǎng)絡(luò)上迅速走紅，成為史上用戶(hù)增速最快的消費(fèi)級(jí)應(yīng)用程序。截至目前，GPT已經(jīng)經(jīng)歷了如下演化：2017.6，谷歌發(fā)布transformer，成為后續(xù)GPT的基礎(chǔ)架構(gòu)；2018.6，OpenAI發(fā)布GPT-1，模型擁有1.17億個(gè)參數(shù)，使用網(wǎng)頁(yè)的文字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練；2019.2，OpenAI發(fā)布GPT-2，模型擁有15億個(gè)參數(shù)，具有零樣本的多任務(wù)能力；2020.5，OpenAI發(fā)布GPT-3，模型擁有1750億個(gè)參數(shù)，使用網(wǎng)頁(yè)以及其他來(lái)源的文字進(jìn)行訓(xùn)練，具有小樣本學(xué)習(xí)能力；2022.11，OpenAI發(fā)布基于InstructGPT的衍生產(chǎn)品ChatGPT，基于GPT-3.5；2023.3，OpenAI發(fā)布GPT-4，模型體現(xiàn)強(qiáng)大的識(shí)圖能力，文字輸入限制提升至2.5萬(wàn)字。隨著ChatGPT這一現(xiàn)象級(jí)AI應(yīng)用的火爆，科技巨頭們紛紛行動(dòng)，引發(fā)人工智能投資熱潮。2023年12月，谷歌AI大模型Gemini發(fā)布，三大版本、五種模態(tài)，多模態(tài)性能全面超越GPT-4V，再次引發(fā)市場(chǎng)的持續(xù)關(guān)注。大模型訓(xùn)練催生算力需求，高性能芯片供不應(yīng)求AI大模型訓(xùn)練海量數(shù)據(jù)催生龐大的算力需求，A100、H100等芯片供不應(yīng)求。大語(yǔ)言模型（LLM）訓(xùn)練過(guò)程中龐大的數(shù)據(jù)吞吐帶來(lái)硬件方面的新要求：1）快速讀取內(nèi)存中的大量數(shù)據(jù)，即高帶寬存儲(chǔ)；2）同時(shí)處理簡(jiǎn)單但數(shù)量龐大的并行運(yùn)算。設(shè)計(jì)上的先天差異決定GPU相比CPU在訓(xùn)練大語(yǔ)言模型或搭建高算力服務(wù)器時(shí)更有優(yōu)勢(shì)，英偉達(dá)設(shè)計(jì)的AI專(zhuān)用顯卡H100等產(chǎn)品成為今年大廠搶購(gòu)的明顯單品，市場(chǎng)供不應(yīng)求：CPU：幾個(gè)到十幾個(gè)運(yùn)輸單元（核），適合處理難度較大的單個(gè)運(yùn)算；GPU：幾百甚至幾千個(gè)運(yùn)算單元，適合處理簡(jiǎn)單但是大量的并行運(yùn)算。2023年11月14日，英偉達(dá)正式發(fā)布新一代AI芯片H200，該芯片搭載全新HBM3e內(nèi)存，擁有141GB的內(nèi)存、4.8TB/秒的帶寬，并將與H100相互兼容，性能較H100提升了60%-90%。H200預(yù)計(jì)將于明年二季度開(kāi)始交付。2023年12月7日，AMD正式推出了面向AI及HPC領(lǐng)域的GPU產(chǎn)品InstinctMI300A/MI300X加速器，直接與英偉達(dá)H100加速器競(jìng)爭(zhēng)。HBM成為GPU芯片內(nèi)存解決方案，需求井噴HBM有效解決“內(nèi)存墻”和“功耗墻”問(wèn)題，成為GPU芯片內(nèi)存解決方案，需求進(jìn)入井噴階段。HBM全稱(chēng)HighBandwidthMemory，即高帶寬內(nèi)存，是一種新興的DRAM解決方案。HBM具有基于TSV（硅通孔）和芯片堆疊技術(shù)的堆疊DRAM架構(gòu)，簡(jiǎn)而言之就是將內(nèi)存芯片堆疊到一個(gè)矩陣?yán)?，再將其堆棧置于CPU或GPU的旁邊，通過(guò)uBump和Interposer（中介層，起互聯(lián)功能的硅片）實(shí)現(xiàn)超快速連接。Interposer再通過(guò)Bump和Substrate(封裝基板）連通到BALL，最后BGABALL再連接到PCB上。HBM的優(yōu)勢(shì)在于：1）更高帶寬；2）更高位寬；3）更低功耗；4）更小外形。HBM芯片持續(xù)迭代，是未來(lái)顯存發(fā)展方向，滲透率有望持續(xù)提升。最初，AMD聯(lián)合SK海力士、安靠開(kāi)發(fā)高顯存、低功耗的顯存。2013年，海力士宣布成功研發(fā)HBM1，定義了這一顯存標(biāo)準(zhǔn)；2016年，三星宣布開(kāi)始量產(chǎn)4GBHBM2DRAM，并在同一年內(nèi)生產(chǎn)8GBHBM2DRAM；2018年，海力士宣布量產(chǎn)HBM2，三星宣布開(kāi)始量產(chǎn)第二代8GBHBM2產(chǎn)品“Aquabolt”；2020年，海力士開(kāi)發(fā)出新一代HBM2E，三星宣布推出16GBHBM2E產(chǎn)品“Flashbolt”；2021年，海力士開(kāi)發(fā)出全球首款HBM3，美光HBM2E產(chǎn)品上市；2022年，海力士量產(chǎn)全球首款HBM3DRAM芯片，并供貨英偉達(dá)，三星HBM3技術(shù)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)；2023年，海力士率先推出HBM3E，三星發(fā)布HBM3E新品“Shinebolt”。未來(lái)隨著AI服務(wù)器需求快速增長(zhǎng)，疊加HBM向普通服務(wù)器以及個(gè)人PC端滲透，其市場(chǎng)規(guī)模將快速增長(zhǎng)。2.先進(jìn)封裝技術(shù)演進(jìn)奠定HBM基石，TSV是核心工藝封裝技術(shù)持續(xù)演進(jìn)，配套材料需求同步發(fā)展摩爾定律逐漸“失效”，工藝推進(jìn)越來(lái)越難，封裝技術(shù)重要性逐漸凸顯。半導(dǎo)體的發(fā)展遵循摩爾定律，技術(shù)和性能每隔18-24個(gè)月不斷迭代。到45nm節(jié)點(diǎn)時(shí)，過(guò)大的泄漏電流已經(jīng)讓微縮難以為繼，全新的high-k材料被用來(lái)制造晶體管閘極電介質(zhì)。到28nm以下節(jié)點(diǎn)時(shí)，傳統(tǒng)的平面晶體管結(jié)構(gòu)無(wú)法支撐進(jìn)一步微縮，2011年以后以FinFET為代表的新型器件結(jié)構(gòu)全面崛起，但至此以后工藝制程的微縮進(jìn)入了“舉步維艱”的時(shí)代。半導(dǎo)體封裝技術(shù)的發(fā)展歷程是芯片制程發(fā)展、系統(tǒng)不斷小型化的演進(jìn)歷程。封裝要解決的主要就是兩個(gè)問(wèn)題：1）對(duì)芯片起到支撐、保護(hù)，順應(yīng)設(shè)備小型化趨勢(shì)，兼顧散熱、絕緣，并降低成本；2）與外電路、光路互連，提高信息傳輸密度、傳輸速率。圍繞這兩個(gè)核心目的，封裝技術(shù)不斷發(fā)展，目前大致可分為四個(gè)階段，每一代技術(shù)之間的本質(zhì)區(qū)別，在于芯片和電路連接方式的不同：裸片貼裝階段，代表的連接方式是引線(xiàn)鍵合，即傳統(tǒng)封裝；倒片封裝階段，代表的連接方式是焊球或者凸點(diǎn)（Bumping）；晶圓級(jí)封裝階段，代表的連接方式是RDL再布線(xiàn)層技術(shù)；2.5D/3D封裝階段，代表的連接方式是TSV硅通孔技術(shù)、chiplet封裝技術(shù)。先進(jìn)封裝是延續(xù)摩爾定律的重要手段，異構(gòu)集成+高速互聯(lián)塑造Chiplet里程碑。Chiplet技術(shù)背景下，可以將大型單片芯片劃分為多個(gè)相同或者不同的小芯片，這些小芯片可以使用相同或者不同的工藝節(jié)點(diǎn)制造，再通過(guò)跨芯片互聯(lián)和封裝技術(shù)進(jìn)行封裝級(jí)別集成，降低成本的同時(shí)獲得更高的集成度。其出現(xiàn)離不開(kāi)兩大趨勢(shì)：1）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的異構(gòu)、集成程度越來(lái)越高；2）芯片間的數(shù)據(jù)通路帶寬、延遲問(wèn)題得到了產(chǎn)業(yè)界的解決（先進(jìn)封裝）。TSV及2.5D封裝技術(shù)賦予HBM卓越性能CoWoS封裝是HBM的底層技術(shù)，臺(tái)積電產(chǎn)能吃緊限制AI算卡放量。目前HBM芯片的封裝由CoWoS技術(shù)完成，CoWoS=CoW（前道封裝）+oS（后道封裝），其中CoW=chiponwafer，是將芯片裸片通過(guò)硅通孔技術(shù)和硅中介層連接在一起的過(guò)程，oS=onsubstrate，是將堆疊好的芯片和硅中介層通過(guò)微粒和凸塊線(xiàn)連接到基板，最后整合到電路板上的過(guò)程。CoWoS是一項(xiàng)復(fù)雜的制造工藝，目前臺(tái)積電是主要的提供商，由于CoWoS容量很大程度上限制了AI算卡的數(shù)量，包括英偉達(dá)、AMD、亞馬遜、博通等都在等臺(tái)積電釋放CoWoS產(chǎn)能。2023年6月，臺(tái)積電宣布在竹南開(kāi)設(shè)先進(jìn)后端晶圓廠6，該晶圓廠占地14.3公頃足以容納每年100萬(wàn)片晶圓的3DFabric產(chǎn)能，包括CoWoS、SoIC和InFO技術(shù)。TSV硅通孔技術(shù)是HBM核心工藝。2.5D/3D封裝，最關(guān)鍵的技術(shù)就是硅通孔技術(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)TSV（ThroughSiliconVia）。TSV是實(shí)現(xiàn)三維立體堆疊和系統(tǒng)集成的基礎(chǔ)，它通過(guò)在芯片和芯片之間、晶圓和晶圓之間制作垂直通孔，再通過(guò)銅、鎢等導(dǎo)電物質(zhì)填充，實(shí)現(xiàn)通孔的垂直電氣連接。TSV的優(yōu)勢(shì)在于：1）高密度集成：減小封裝的幾何尺寸和重量，滿(mǎn)足多功能和小型化的需求；2）提高電性能：縮短電互連長(zhǎng)度，減小信號(hào)延遲，同時(shí)實(shí)現(xiàn)低功耗；3）多功能集成：可將不同功能芯片集成在一起實(shí)現(xiàn)元器件的多功能；4）降低制造成本：TSV目前工藝成本較高，但可以在元器件早年個(gè)體水平上降低制造成本。海力士MR-MUF技術(shù)是其HBM核心工藝MR-MUF（Massreflowbondingwithmoldedunderfill,批量回流模制底部填充）是海力士HBM核心技術(shù)。MR-MUF封裝是將半導(dǎo)體芯片貼附在電路上并在堆疊芯片時(shí)使用LMC（EpoxyMoldingCompound,液態(tài)環(huán)氧樹(shù)脂模塑料）填充芯片之間或芯片與凸塊之間間隙的工藝。對(duì)比傳統(tǒng)的TC-NCF（thethermocompressionbondingwithnon-conductivefilm，非導(dǎo)電膜的熱壓縮鍵接）工藝，MR-MUF能有效提高導(dǎo)熱率，并改善工藝速度和良率。MR-MUF工藝的核心難點(diǎn)在于堆疊芯片過(guò)程中產(chǎn)生的熱翹曲問(wèn)題（LMC與硅片之間的熱收縮差異導(dǎo)致），以及芯片中間部位的空隙難以填充。3.產(chǎn)業(yè)鏈材料端重點(diǎn)公司分析海力士、三星產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)企業(yè)將受益HBM放量半導(dǎo)體前驅(qū)體業(yè)務(wù)：高增長(zhǎng)預(yù)期不變。作為全球半導(dǎo)體前驅(qū)體主要供應(yīng)商之一，長(zhǎng)鑫、長(zhǎng)存等國(guó)內(nèi)客戶(hù)持續(xù)上量，三星、美光、臺(tái)積電等客戶(hù)陸續(xù)突破，公司前驅(qū)體業(yè)務(wù)預(yù)計(jì)將回歸高增長(zhǎng)狀態(tài)。同時(shí)隨著國(guó)內(nèi)晶圓廠資本開(kāi)支回歸，國(guó)內(nèi)客戶(hù)加速擴(kuò)產(chǎn)，疊加海力士、三星等高性能存儲(chǔ)芯片HBM的擴(kuò)產(chǎn)增量，公司前驅(qū)體業(yè)務(wù)未來(lái)成長(zhǎng)性足。光刻膠、特氣、硅微粉業(yè)務(wù)：修復(fù)趨勢(shì)呈現(xiàn)。隨著終端消費(fèi)電子逐步復(fù)蘇，公司電子特氣、硅微粉、面板光刻膠業(yè)務(wù)陸續(xù)恢復(fù)增長(zhǎng)。宜興光刻膠本土化工廠量產(chǎn)在即，后續(xù)京東方等大客戶(hù)端的導(dǎo)入將加速面板光刻膠業(yè)務(wù)的發(fā)展。新產(chǎn)品方面，公司自主研發(fā)的OLED用低溫RGB光刻膠、CMOS傳感器用RGB光刻膠、先進(jìn)封裝RDL層用lLine光刻膠等產(chǎn)品正按計(jì)劃在客戶(hù)端測(cè)試，球形氧化鋁、亞微米球形二氧化硅已向部分客戶(hù)進(jìn)行銷(xiāo)售。LNG板材業(yè)務(wù)：業(yè)績(jī)?cè)鲩L(zhǎng)確定性強(qiáng)。2022年以來(lái)陸續(xù)與滬東中華、江南造船、大連造船等船舶制造企業(yè)簽訂銷(xiāo)售合同，在手訂單充足，業(yè)績(jī)確定性強(qiáng)。同時(shí)公司陸續(xù)突破上游RSB、FSB等材料，盈利能力持續(xù)增強(qiáng)。先進(jìn)封裝相關(guān)材料企業(yè)：環(huán)氧塑封料華海誠(chéng)科：在傳統(tǒng)封裝領(lǐng)域，公司應(yīng)用于DIP、TO、SOT、SOP等封裝形式的產(chǎn)品已具備品質(zhì)穩(wěn)定、性能優(yōu)良、性?xún)r(jià)比高等優(yōu)勢(shì)，且應(yīng)用于SOT、SOP領(lǐng)域的高性能類(lèi)環(huán)氧塑封料的產(chǎn)品性能已達(dá)到了外資廠商相當(dāng)水平，并在長(zhǎng)電科技、華天科技等部分主流廠商逐步實(shí)現(xiàn)了對(duì)外資廠商產(chǎn)品的替代，市場(chǎng)份額持續(xù)增長(zhǎng)；在先進(jìn)封裝領(lǐng)域，公司研發(fā)了應(yīng)用于QFN、BGA、FC、SiP以及FOWLP/FOPLP等封裝形式的封裝材料，其中應(yīng)用于QFN的產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)與銷(xiāo)售，顆粒狀環(huán)氧塑封料（GMC）以及FC底填膠等應(yīng)用于先進(jìn)封裝的材料已通過(guò)客戶(hù)驗(yàn)證，液態(tài)塑封材料（LMC）正在客戶(hù)驗(yàn)證過(guò)程中，上述應(yīng)用于先進(jìn)封裝的產(chǎn)品有望逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化并打破外資廠商的壟斷地位。飛凱材料：EMC環(huán)氧塑封料是公司主營(yíng)產(chǎn)品之一，主要應(yīng)用于半導(dǎo)體封裝以及分立器件中。公司MUF材料產(chǎn)品包括液體封裝材料LMC及顆粒封裝料GMC，目前液體封裝材料LMC已經(jīng)量產(chǎn)并形成少量銷(xiāo)售，顆粒填充封裝料GMC尚處于研發(fā)送樣階段。先進(jìn)封裝相關(guān)材料企業(yè)：電子樹(shù)脂AI推動(dòng)高性能服務(wù)器需求，行業(yè)對(duì)覆銅板介電性要求不斷提高，高頻高速板成為主要發(fā)展趨勢(shì)。高頻覆銅板工作頻率通常處于5