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中国 HBM 能走多远？

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尽管中国内存制造商长鑫存储 (CXMT) 在高带宽内存 (HBM) 技术上取得了一定进展，但其发展前景受到关键瓶颈的制约。由于缺乏先进的 EUV 光刻设备 和 先进逻辑芯片 的制造能力，中国在 HBM4 及更高端产品的研发上将面临难以逾越的障碍。虽然在蚀刻、沉积和封装等领域具备部分自主能力，但核心技术的缺失将导致其产品在性能上落后于国际竞争对手，迫使中国可能需要探索替代技术路径以实现内存自给自足。

HBM：AI 芯片的关键瓶颈

高带宽内存 (HBM) 是为解决 AI 计算中“内存墙”问题而设计的技术，它通过堆叠多个 DRAM 芯片来大幅提升数据传输速度。AI 芯片的性能在很大程度上受限于内存带宽，因此 HBM 的发展对于 AI 竞赛至关重要。

  • 现状差距: 目前，中国的长鑫存储 (CXMT) 在 HBM 技术上仍落后于三大巨头（SK 海力士、三星、美光）至少两代。
  • 核心挑战: 如果无法获得先进设备和技术，中国 HBM 的发展将在 HBM2 之后撞上“墙”。

制造 HBM 的三大要素

HBM 的性能取决于三个关键组成部分，每个部分都存在不同的技术瓶颈。

  • DRAM 存储芯片: HBM 堆栈的基础。
  • 基底芯片 (Base Die): 负责处理和路由进出内存堆栈的信号。
  • 封装技术: 将所有 DRAM 芯片和基底芯片绑定在一起。

挑战一：DRAM 制造

要制造用于 HBM3 之后的先进 DRAM，需要克服在光刻、蚀刻等方面的挑战。目前，长鑫存储的技术水平（1z 节点）可以支持生产 HBM3 的 DRAM，但要再进一步则困难重重。

光刻技术：EUV 设备的缺失是硬伤

如果没有 EUV，先进节点的芯片要么无法制造，要么良率极低。对于先进节点，使用 EUV 可以将良率提升 3-5%，同时减少 20-30% 的工艺步骤。

  • 关键工艺: 制造 DRAM 需要在极小的尺度上进行精确的图案化和蚀刻，例如形成位线接触 (BLC) 和存储节点接触 (SNC)。
  • 技术瓶颈: 随着技术节点从 1β 推进到 1γ 及以后，极紫外光 (EUV) 光刻技术变得不可或缺。
  • 现实制约: 由于出口管制，中国无法获得 EUV 设备。虽然可以通过多重图案化技术 (SAQP) 在一定程度上替代，但这只能将技术延伸至 1β 节点。缺乏 EUV 将使长鑫存储的 DRAM 制造能力停滞在 1γ 节点之前，从而无法为 HBM4E 及更高版本提供所需的 DRAM 芯片。

蚀刻与沉积：相对乐观的领域

与光刻不同，中国在蚀刻和沉积设备方面已取得一定进展，拥有部分国产替代能力。

  • 蚀刻: 制造 DRAM 需要高深宽比的蚀刻技术来制作电容器孔。中国企业如北方华创 (Naura) 和中微公司 (AMEC) 已能生产满足 1x 节点及以上需求的设备。
  • 硅通孔 (TSV): 这是实现 DRAM 芯片垂直堆叠的关键。中国在 TSV 蚀刻设备方面已基本实现自给自足。

因此，蚀刻与沉积技术不会成为中国 HBM 发展的主要障碍。

高 κ 金属栅极 (HKMG)：可克服的工艺难题

HKMG 技术用于取代传统栅极材料，以提高晶体管速度并减少漏电。

  • 采用阶段: 内存制造商通常在 1z 节点（长鑫存储目前所处的阶段）左右引入 HKMG。
  • 当前困难: 据报道，长鑫存储在 HKMG 工艺的集成上面临良率和爬坡速度的挑战。
  • 前景判断: 这更像是一个工艺调试和优化的难题，而非无法获得的设备壁垒。因此，HKMG 不会构成长期、无法逾越的障碍。

挑战二：基底芯片的制约

基底芯片决定了 HBM 带宽的上限。随着 HBM 代际提升，对基底芯片的要求也越来越高，需要使用更先进的逻辑工艺制造。

  • HBM4 的需求: 行业领先者正与台积电等代工厂合作，使用 5 纳米及以下的先进逻辑工艺来制造 HBM4 的基底芯片，以实现最佳性能和功耗。
  • 中国的困境: 由于缺乏 EUV，中国大陆的芯片制造商（如中芯国际）在 7 纳米以下工艺的量产上举步维艰，无法为长鑫存储提供高性能的基底芯片。
  • 妥协方案: 长鑫存储可以效仿美光的早期做法，使用 DRAM 工艺（如 1β 节点）制造基底芯片。然而，这将导致其 HBM4 产品性能不佳，带宽可能比竞争对手低 10% 或更多。

简而言之，如果没有先进逻辑节点的支持，长鑫存储将难以制造出有竞争力的 HBM4 和 HBM4E。

挑战三：封装技术的短期障碍

封装，尤其是芯片间的键合技术，对 HBM 的散热和堆叠层数至关重要。

  • 主流技术: 目前主要有两种键合技术：TC-NCF（三星和美光使用）和 MR-MUF（SK 海力士使用）。
  • MR-MUF 的优势: MR-MUF 在生产效率和散热性能上优于 TC-NCF，被认为是制造高性能 HBM 的更优选择，也是 SK 海力士保持领先地位的关键。
  • 长鑫存储的选择与挑战:
    • 长鑫存储正尝试在其 HBM3 产品中采用 MR-MUF 技术，这是一个正确的长期战略。
    • 然而，掌握 MR-MUF 工艺需要时间，尤其是在解决芯片翘曲和确保关键材料（环氧模塑料 EMC）供应方面。SK 海力士与其供应商 NAMICS 经过多年合作才完善了材料与工艺。
    • 这些挑战可能会导致长鑫存储在 2026 年的 HBM3 产品初期良率较低，爬坡缓慢。

结论：前路坎坷，或需另辟蹊径

总体而言，长鑫存储在 HBM 领域取得的进展将在特定技术节点上遭遇重大瓶颈，使其难以在主流赛道上追赶领先者。

  • HBM4 瓶颈: 缺乏先进逻辑工艺制造的 基底芯片，将导致其 HBM4 产品性能落后。
  • HBM4E 及更高瓶颈: DRAM 制造 因缺少 EUV 设备而受阻，将成为更高级别 HBM 无法逾越的障碍。

尽管如此，出口管制也可能迫使中国探索非主流的技术路径来解决内存瓶颈问题，例如内存计算 (CIM)、铁电存储器 (FeRAM) 等。虽然这些技术远未成熟，但它们为中国实现技术自主提供了潜在的突破方向。但就目前而言，在 HBM 这条主赛道上，长鑫存储的前景依然充满挑战。