AI系列之HBM：AI硬件核心，需求爆发增长

请务必阅读正文之后的重要声明部分 、 AI系列之HBM：AI硬件核心，需求爆发增长 电子行业 证券研究报告/行业深度报告 2024年3月26日 评级：增持（ 维持 ） 分析师：王芳 执业证书编号： S0740521120002 Email： wangfang02@zts.com.cn 分析师：杨旭 执业证书编号：S0740521120001 Email：yangxu01@zts.com.cn 分析师：游凡 执业证书编号： S0740522120002 Email：youfan@zts.com.cn [Table_Profit] 基本状况 上市公司数 480 行业总市值(百万元) 6,290,396 行业流通市值(百万元) 3,127,038 [Table_QuotePic] 行业-市场走势对比 公司持有该股票比例 [Table_Report] 相关报告 《AI系列之先进封装：后摩尔时代利器，AI+国产化紧缺赛道》 《香农芯创深度：海力士云服务存储最大本土代理商，24年周期+成长共振》 《AI系列：光是通信的必由之路，OCS已成功应用》 《AI系列之国产算力：0-1，重视产业链历史机遇》 [Table_Finance] 重点公司基本状况 简称 股价(元) EPS PE PEG(24E) 评级 2022 2023E 2024E 2025E 2022 2023E 2024E 2025E 通富微电 22.84 0.63 0.33 0.10 0.60 36 69 223 38 -20 买入 赛腾股份 75.90 0.90 1.53 3.37 3.81 85 50 23 20 0 未评级 香农芯创 39.60 0.49 0.69 0.79 0.98 81 58 50 41 2 买入 精智达 70.95 0.72 0.70 1.24 1.71 98 101 57 42 1 未评级 新益昌 71.38 2.27 2.00 0.59 2.58 31 36 121 28 6 未评级 华海诚科 84.12 0.59 0.51 0.41 0.61 143 165 206 139 143 买入 雅克科技 55.26 0.70 1.10 1.40 2.08 79 50 40 27 1 买入 兴森科技 13.01 0.37 0.31 0.15 0.26 35 42 85 49 -5 买入 深南电路 87.00 2.89 3.20 2.73 3.90 30 27 32 22 2 买入 联瑞新材 43.43 0.93 1.01 0.94 1.36 47 43 46 32 2 未评级 长电科技 28.25 1.65 1.81 0.82 1.37 17 16 34 21 -3 买入 备注：以2024年3月25日收盘价计算，未评级股票采用WIND一致预期 投资要点 ◼ AI硬件核心是算力和存力，HBM高带宽、低功耗优势显著，是算力性能发挥的关键。AI芯片需要处理大量并行数据，要求高算力和大带宽，算力越强、每秒处理数据的速度越快，而带宽越大、每秒可访问的数据越多，算力强弱主要由AI芯片决定，带宽由存储器决定，存力是限制AI芯片性能的瓶颈之一。AI芯片需要高带宽、低能耗，同时在不占用面积的情况下可以扩展容量的存储器。HBM是GDDR的一种，定位在处理器片上缓存和传统DRAM之间，兼顾带宽和容量，较其他存储器有高带宽、低功耗、面积小的三大特点，契合AI芯片需求。HBM不断迭代，从HBM1目前最新到HBM3E，迭代方向是提高容量和带宽，容量可以通过堆叠层数或增加单层容量获得提升，带宽提升主要是通过提升I/O速度。 ◼ HBM市场爆发式增长，海力士和三星垄断市场。目前主流AI训练芯片均使用HBM，一颗GPU配多颗HBM，如英伟达1颗H100使用5颗HBM3、容量80GB，23年底发布的H200使用6颗HBM3E（全球首颗使用HBM3E的GPU）、容量达144GB，3月18日，英伟达在美国加州圣何塞召开了GTC2024大会发布的B100和B200使用192GB（8个24GB 8层HBM3E），英伟达GPU HBM用量提升，另外AMD的MI300系列、谷歌的TPU系列均使用HBM。根据我们的测算，预计24年HBM市场需求达150亿美金，较23年翻倍。HBM的供应由三星、海力士和美光三大原厂垄断，22年海力士/三星/美光份额50%/40%/10%，海力士是HBM先驱，HBM3全球领先，与英伟达强绑定、是英伟达主要HBM供应商，三星紧随其后，美光因技术路线判断失误份额较低，目前追赶中，HBM3E进度直逼海力士。目前HBM供不应求，三大原厂已开启军备竞赛，三大原厂一方面扩产满足市场需求、抢占份额，海力士和三星24年HBM产能均提升2倍+，另外三大原厂加速推进下一代产品HBM3E量产以获先发优势，海力士3月宣布已开始量产8层HBM3E，3月底开始发货，美光跳过HBM3直接做HBM3E，2月底宣布量产8层HBM3E，三星2月底发布12层HBM3E。 ◼ 先进封装大放异彩，设备和材料新增量。HBM采用3D堆叠结构，多片HBM DRAM Die堆叠在Logic Die上，Die之间通过TSV和凸点互连，先进封装技术TSV、凸点制造、堆叠键合是HBM制备的关键，存储原厂采用不同的堆叠键合方式，海力士采用MR-MUF工艺，三星和美光采用TCB工艺，MR-MUF工艺较TCB工艺效率更高、散热效果更好。HBM对先进封装材料的需求带动主要体现在TSV、凸点制造和堆叠键合/底填工艺上，带来对环氧塑封料、硅微粉、电镀液和前驱体用量等的提升，在设备端HBM带来热压键合机、大规模回流焊机和混合键合机等需求。 ◼ 投资建议：HBM海外引领，核心标的如下：1）存储原厂：海力士/三星/美光；2）设备：BESI/ASMPT/Camtek等。大陆HBM产业链相关标的：1）存储：香农芯创/佰维存储/雅创电子等；2）设备：赛腾股份/精智达/新益昌等；3）材料：华海诚科/雅克科技/联瑞新材/兴森科技/深南电路等；4）封测：通富微电/深科技/长电科技等。 ◼ 风险提示：行业需求不及预期的风险、大陆厂商技术进步不及预期、技术路线发生分歧、研报使用的信息更新不及时的风险，计算结果存在与实际情况偏差的风险。 -40%-30%-20%-10%0%10%电子沪深300 请务必阅读正文之后的重要声明部分 - 2 - 行业深度报告 内容目录 1.HBM助力AI芯片性能发挥，市场需求爆发式增长 ......................................... - 5 - 1.1HBM高带宽、低功耗优势显著，缓解内存墙问题 ................................. - 5 - 1.2 HBM随AI爆发式增长，2024年达到百亿美金规模 ........................... - 11 - 1.3 三大原厂垄断市场，开启军备竞赛 ..................................................... - 13 - 2.HBM制造中先进封装大放异彩 ...................................................................... - 18 - 2.1 采用多种先进封装工艺，重点关注堆叠键合方式 ............................... - 18 - 2.2 HBM三大关键工艺：TSV、Micro bump和堆叠键合 ......................... - 21 - 3. HBM驱动先进封装设备和材料需求爆发 ...................................................... - 31 - 3.1 材料端：环氧塑封料、硅微粉、电镀液和前驱体等用量提升 ............. - 31 - 3.2 设备端：热压键合机、大规模回流焊机、混合键合机等需求 ............. - 33 - 3.3 全球/大陆产业链布局情况 .................................................................. - 38 - 4.投资建议 ......................................................................................................... - 40 - 5.风险提示 ......................................................................................................... - 40 - 图表目录 图表1：英伟达GPU浮点运算和带宽提升速度失衡 ............................................. - 5 - 图表2：处理器和存储器的速度失配 ................................................................... - 5 - 图表3：存储的数据的传输速度慢 ...................................................................... - 6 - 图表4：数据的传输功耗大 ................................................................................. - 6 - 图表5：存算一体类别 ......................................................................................... - 7 - 图表6：HBM定位在片上存储和普通DRAM之间 ................................................... - 8 - 图表7：HBM兼顾带宽和容量 ............................................................................... - 8 - 图表8：HBM是DRAM中的一种 ............................................................................. - 9 - 图表9：英伟达和AMD数据中心GPU配套的显存 ................................................ - 9 - 图表10：HBM高带宽 ......................................................................................... - 10 - 图表11：HBM低能耗 ......................................................................................... - 10 - 图表12：GDDR是2D结构，HBM是3D结构 ....................................................... - 10 - 图表13：256GB/s带宽对GDDR6和HBM2的性能要求