新一代DRAM技术和市场趋势深度解读分享

FMS 2024报告，作者是Yole Intelligenc首席分析师Simone Bertolazzi博士。

一、内存与计算技术发展态势

数据来源：YoleYole Intelligence联合Intel、Micron共同发布内存与计算技术发展态势，核心揭示了内存性能提升速度已无法匹配计算需求的爆炸式增长，呈现了以下关键矛盾与趋势：

1.计算需求加速 vs 内存带宽滞后

左侧图表显示计算芯片的核心数量（# of cores）和带宽需求（GB/s）持续上升（如核心数从个位数增至上百，带宽从200GB/s升至800GB/s），反映AI、高性能计算等场景对算力的渴求。

中间图表却表明每个核心的带宽实际在下降（如早期单核带宽较高，随着核心数增加，分摊到单核的带宽减少），形成“算力越强，内存越挤”的瓶颈。

2.DRAM密度扩展放缓

右侧图表通过三个阶段展示DRAM裸片密度的历史演变：1990-2005年（Phase 1）：密度每3年翻倍（1Mb → 2Gb）。

2005-2015年（Phase 2）：工艺进步推动每2年翻倍（2Gb → 16Gb）。

2015年后（Phase 3）：技术逼近物理极限，密度仅每4年翻倍（16Gb → 32Gb需更长时间）。

关键结论：DRAM的摩尔定律显著减速，内存容量增长无法跟上数据生成速度（副标题直接点明“Memory is struggling”）。

3.技术失衡的后果

“内存墙”问题加剧：计算性能的提升因内存带宽不足而受限，尤其在多核/众核场景下，单核带宽下降导致效率降低。

新兴需求雪上加霜：AI训练、自动驾驶等应用依赖海量实时数据，但DRAM密度和带宽的缓慢改进难以满足需求。

4.行业隐含方向

短期方案：通过HBM（高带宽存储器）、CXL协议等提升内存子系统效率。

长期突破：需依赖存算一体（In-Memory Computing）、新型存储介质（如3D XPoint）或架构革命（Chiplet异构集成）。

报告揭示了半导体行业的核心矛盾——计算与内存的技术演进失衡，敦促业界探索超越传统DRAM scaling的解决方案，以打破“内存墙”对算力发展的制约。

二、下一代DRAM技术路线图

数据来源：Yole
Yole Group系统性地揭示了DRAM技术从2023到2035年的演进方向，核心在于传统2D缩放逼近物理极限后，行业向3D架构与新材料技术的突破性转型。以下是关键解读：

1. 技术路线双轨制：2D微缩与3D架构并行

左侧（2D技术路径）

制程节点：延续1αnm →1βnm →1γnm →1δnm的命名规则（10nm以下），依赖EUV（极紫外光刻）和未来的High-NA EUV（高数值孔径极紫外光刻）推动晶体管密度提升。

关键技术：CBA（Cross-Bar Array）结构：通过优化布线减少单元面积（目标4F?，F为特征尺寸）。

垂直通道晶体管：突破平面晶体管限制，提升电流控制能力。

右侧（3D技术路径）

列举多种颠覆性研究方向，反映行业对传统1T-1C（1晶体管-1电容）架构的突破尝试：

1T-1C DRAM with Flipped Capacitors：电容翻转设计以优化空间利用率。

2T-0C DRAM（如IGZO）：用氧化铟镓锌（IGZO）晶体管替代电容，简化结构。

1T DRAM with 3D闪存架构：借鉴闪存技术（浮体、电荷陷阱、铁电层等）实现堆叠。

2. 核心挑战与转型动因

物理极限：1δnm（约2030年后）制程后，2D微缩的经济性和可行性将急剧下降。

需求倒逼：AI/高性能计算需要更高带宽（HBM）和更低功耗，但传统DRAM的电容漏电问题难以解决。

3. 关键时间节点与技术里程碑

2023-2027年：EUV量产深化（1αnm→1βnm），CBA结构验证。

2028-2030年：High-NA EUV导入（1γnm），3D方案进入原型阶段。

2030年后：3D DRAM技术（如IGZO或铁电存储器）可能成为主流。

4. 行业影响与潜在颠覆

供应链风险：3D技术若成熟，可能重塑DRAM市场格局（如IGZO技术对传统三巨头三星/海力士/美光的冲击）。

异构集成：3D DRAM与逻辑芯片的堆叠（如存算一体）将加速Chiplet生态发展。

报告揭示了DRAM行业的技术分水岭——从“如何缩得更小”转向“如何堆得更巧”，标志着后摩尔时代存储器技术的范式革命。企业需在延续2D工艺改进的同时，押注3D路径以避免技术断代风险。

三、高带宽存储器（HBM）技术路线图

数据来源：Yole

Yole Group清晰对比了三星、SK海力士、美光三大DRAM巨头在HBM领域的技术演进节奏与竞争格局，核心揭示了以下关键信息：

1. HBM代际升级的加速趋势

技术节点：从HBM2（2019年前）→HBM2E（2020-2022）→HBM3（2023-2024）→HBM3E（2024-2026）→HBM4（2027后），迭代周期从3-4年缩短至2年，反映AI/GPU对带宽的迫切需求。

性能跃迁：容量：单颗HBM从8GB（HBM2）→16GB（HBM2E）→24GB（HBM3E）→32GB（HBM4），8年内提升4倍。

堆叠层数：从8-Hi（HBM2）→12-Hi（HBM3）→16-Hi（HBM3E），通过TSV（硅通孔）技术突破垂直密度极限。

2. 三巨头的技术路线差异

三星：早期领先（HBM2量产最早），但HBM3E进度略慢于SK海力士（2025 vs 2024）。押注1.2Gb核心颗粒（HBM4阶段），可能采用更先进制程。

SK海力士：技术激进派：率先量产HBM3（2023）和HBM3E（2024），且单颗容量达24GB（8-Hi堆叠）。提前布局HBM4E（2028），目标32Gb容量，彰显领跑野心。

美光：起步较晚（HBM3E于2025推出），但HBM4规划与三星同步（2027），试图通过4-Hi/8-Hi灵活堆叠差异化竞争。

3. 关键技术创新点

TSV密度提升：12-Hi/16-Hi堆叠要求TSV间距微缩至个位数微米级。

混合键合（Hybrid Bonding）：HBM4可能采用该技术替代传统凸块，提升互连可靠性。

逻辑层集成：HBM4E（2029）或引入底层逻辑芯片，向存算一体迈进。

4. 行业竞争格局

SK海力士暂时领跑：凭借HBM3/HBM3E先发优势，绑定NVIDIA等客户，市占率超50%。

三星的制程反扑：1.2Gb颗粒若量产成功，可能在HBM4阶段重夺技术话语权。

美光的追赶策略：聚焦成本优化（如4-Hi低层数方案），争夺细分市场。

5. 无法绕过的产业挑战

良率与成本：16-Hi堆叠的良率可能低于60%，推高HBM3E单价。

散热瓶颈：24GB以上容量对封装散热提出极高要求（需液冷等方案）。

生态依赖：HBM4需与GPU/ASIC厂商协同设计，技术壁垒进一步抬高。

图表不仅展示HBM技术“更高、更快、更密”的发展轨迹，更揭示了AI算力竞赛下存储器行业的军备竞赛——谁掌握HBM主导权，谁就扼住了高性能计算的咽喉。未来竞争将围绕TSV密度、异构集成和量产成本展开。

四、高带宽存储器（HBM）市场预测

数据来源：Yole
Yole Intelligence通过比特出货量、收入、晶圆产量三大维度，揭示了HBM技术如何从DRAM市场的细分领域跃升为驱动行业增长的核心引擎。

1. 爆炸性增长：HBM成为DRAM市场最大变量

比特出货量（Bit Shipments）2023年HBM出货量仅0.5B GB（占DRAM总量2%），但2025年预计达1.7B GB（占比8%），2023-2029年CAGR高达48%，增速是传统DRAM的5倍以上。

同比增长率：2024年（+170% YoY）、2025年（+145% YoY），反映AI服务器、GPU（如NVIDIA H100/H200）的爆发需求。

收入（Revenue）2023年HBM收入约10B美元（占DRAM市场6%），2025年将飙升至30B美元（占比18%），2023-2029年CAGR 41%。

单价优势：HBM收入增速（41%）低于出货量增速（48%），暗示技术成熟后价格逐步下降，但仍是DRAM中利润率最高的品类。

2. 产能爬坡：晶圆供应紧平衡

晶圆产量（Wafer Production）2023年HBM晶圆产能约80K WPM（千片/月），2025年预计达191K WPM（占DRAM总产能24%），2023-2028年CAGR 24%。

扩产滞后于需求：2024年晶圆产量同比+128%，但仍需匹配+170%的出货量增长，短期供需缺口可能持续。

3. 结构性变化：DRAM市场格局重塑

份额颠覆：HBM在DRAM市场的占比从2021年1%飙升至2025年18%（收入口径），2030年或超30%，倒逼三星/海力士/美光将产能转向HBM。

技术壁垒：HBM需TSV（硅通孔）、先进封装（CoWoS）等工艺，头部厂商（如SK海力士）凭借先发优势市占率超50%，后进者追赶难度大。

4. 挑战与机遇

供应链风险：HBM产能依赖少数IDM厂商，晶圆厂扩产周期长（2-3年），可能制约AI芯片交付。

技术迭代：HBM3E（2024）→HBM4（2027）的升级需解决散热、良率问题，推动材料（low-α粒子）和设备（High-NA EUV）创新。

图表验证了“AI=算力+存储”的产业逻辑，更预示HBM正从技术选项变为战略必需品——未来DRAM行业的胜负手，将取决于企业在HBM领域的产能分配与技术卡位速度。

五、半导体存储器市场概览

数据来源：Yole

存储现货市场资源紧缺，拉动行业DDR4和LPDDR4X价格上涨

通过市场结构分解和历史-预测趋势的双重视角，可以窥见一些结论：

1. 2023年市场格局：DRAM与NAND产品双寡头垄断

DRAM主导：占比54%（520亿美元），支撑计算设备主存需求（PC/服务器/手机）。

NAND次席：占比41%（390亿美元），满足存储需求（SSD/闪存卡）。

其他技术产品：包括HBM（5.4亿美元，5.4%）、新兴非易失存储器（2.5亿美元，2.6%）等，合计不足10%。

2. 动态演变：HBM成唯一爆发增长点

整体市场周期性波动：2019-2022年：受疫情/缺芯影响，市场先降后升（2019年-15%，2021年+32%）。

2023年：行业下行周期导致同比-33%（从2022年1440亿美元骤降至960亿美元）。

HBM逆势崛起：2023年虽仅5.4亿美元，但2025年预测占比显著提升（图中未标具体值，结合趋势线预计超10%）。

对比其他技术：DRAM/NAND受价格波动影响大，而HBM因AI算力刚需持续放量。

3. 未来趋势（2024F-2025F）：复苏与结构性转变

市场反弹：2025年预测总收入回升至接近2022年水平（市场数据约1400-1600亿美元）。

技术权重重构：DRAM/NAND仍占主体，但HBM份额加速提升（受HBM3/HBM3E推动）。

新兴存储器（如MRAM/ReRAM）尚未规模化，2023年合计不足1%。

警示行业周期性：存储器市场波动剧烈（如2023年DRAM收入同比-35%），需警惕产能过剩风险。

凸显技术拐点：HBM从“小众技术”升级为“战略品类”，2025年后或与DRAM/NAND形成三足鼎立。

指引投资方向：AI浪潮下，HBM及配套先进封装（如TSV）成为产业链必争之地。

数据备注：图中2025年预测数据需结合Yole完整报告，但趋势线明确显示HBM增速远超行业均值（78% vs DRAM/NAND个位数增长）。

六、半导体存储器市场预测（按技术分类）

数据来源：Yole
通过对比2023年实际数据和2029年预测数据，系统性地揭示了存储器行业三大核心趋势：

1. 市场整体扩张与结构性转变

总量增长：市场规模从2023年960亿美元翻倍至2029年2340亿美元（CAGR 16%），反映数字化/AI浪潮对存储需求的强力驱动。

技术分化：DRAM：保持主导地位（2023年520亿美元→2029年1340亿美元，CAGR 17%），受益于服务器/PC内存容量升级。

NAND Flash：同步增长（390亿→930亿美元，CAGR 16%），但增速略低于DRAM，受SSD价格竞争拖累。

HBM（高带宽存储器）：爆发式增长（5.4亿→440亿美元，CAGR41%），成为增长最快细分市场，凸显AI芯片对高带宽存储的依赖。

其他技术（NOR/EEPROM等）：增长停滞（合计规模基本持平），逐步边缘化。

2. 2023年市场低谷与复苏信号

短期衰退：2023年多数技术同比下滑（DRAM -35%、NAND -33%），反映行业周期性调整和库存压力。

HBM逆势增长：尽管整体市场萎缩，HBM仍实现增长（同比+29%），验证其抗周期特性。

3. 技术竞争格局重构

HBM的颠覆性地位：2029年规模将达DRAM的33%（440亿vs 1340亿），且增速是DRAM的2.4倍，预示存储器行业从“容量优先”转向“带宽优先”。

技术壁垒（TSV/先进封装）可能重塑厂商排名（如SK海力士凭借HBM领先超越三星）。

传统技术的挑战：NOR Flash等低增长领域（CAGR 8%）面临产能挤出风险。

AI重塑需求：HBM的41%超高增速直接绑定AI服务器（GPU/TPU）扩张，未来HBM产能将成为半导体供应链的关键瓶颈。