HBM，挑战加倍

高带宽内存（HBM）作为下一代动态随机存取存储器（DRAM）技术，其核心创新在于独特的 3D 堆叠结构 —— 通过先进封装技术将多个 DRAM 芯片（通常为 4 层、8 层甚至 12 层）垂直堆叠。这种结构使 HBM 的带宽（数据传输速率）远高于 GDDR 等传统内存解决方案。

凭借高带宽、低延迟的特性，HBM 已成为 AI 大模型训练与推理的关键组件。在 AI 芯片中，它扮演着 “L4 缓存” 的角色，能够显著提升数据读写效率，有效缓解内存带宽瓶颈，进而大幅增强 AI 模型的运算能力。

01 HBM市场，SK海力士独领风骚

依托 HBM 技术的领先优势，SK 海力士在行业中的地位持续攀升。市场数据显示，自 2024 年第二季度起，美光与 SK 海力士的 DRAM 市场份额持续增长，三星则逐步下滑；而在 HBM 领域，原本与三星近乎平分秋色的格局被打破，截至今年第一季度，两者份额差距已扩大至两倍以上。

更具标志性的是，今年第二季度，SK 海力士以约 21.8 万亿韩元的 DRAM 及 NAND 销售额，首次超越三星电子（约 21.2 万亿韩元），登顶全球存储销售额榜首。这一突破很大程度上得益于其 HBM 产品的强势表现 —— 作为英伟达的主要独家供应商，SK 海力士早期虽未在 HBM 市场脱颖而出，但随着全球 AI 开发热潮兴起，其高性能、高效率的产品需求激增，增长显著。

其中，第五代高带宽内存HBM3E是关键推手。该产品具备高带宽、低功耗优势，广泛应用于AI服务器、GPU等高性能计算领域，2023至2024年间吸引了 AMD、英伟达、微软、亚马逊等科技巨头竞相采购，而SK海力士是全球唯一大规模生产HBM3E的厂商，其2025年的8层及12层HBM3E产能已全部售罄。

反观三星电子，因向英伟达交付延迟错失良机，尤其在AI市场应用最广的 HBM3E 领域，去年和今年均大幅落后于 SK 海力士，市场份额从去年第二季度的 41% 暴跌至今年第二季度的 17%，甚至有报道称其未通过英伟达第三次 HBM3E 认证。

对于未来，光大证券预计 HBM 市场需求将持续增长，带动存储产业链发展；花旗证券则预测，SK 海力士将继续主导 HBM 市场。显然，SK海力士有望在 AI 时代成为 “存储器恐龙”。

02 存储厂商开发HBM替代方案

面对SK海力士的强势表现，行业内其他厂商纷纷加速技术创新，探索HBM的替代方案。

三星重启Z-NAND

三星电子在搁置七年后，决定重启 Z-NAND 内存技术，并将其定位为满足人工智能（AI）工作负载增长需求的高性能解决方案。这一消息于 2025 年美国未来内存与存储（FMS）论坛上正式公布，标志着三星重新进军高端企业存储领域。

三星内存业务执行副总裁 Hwaseok Oh 在活动中表示，公司正全力重新开发 Z-NAND，目标是将其性能提升至传统 NAND 闪存的 15 倍，同时把功耗降低多达 80%。即将推出的新一代 Z-NAND 将搭载 GPU 发起的直接存储访问（GIDS）技术，让 GPU 可直接从存储器获取数据，无需经过 CPU 或 DRAM。该架构旨在最大限度降低延迟，加速大型 AI 模型的训练与推理进程。

Z-NAND 的复苏，折射出行业正发生广泛转变 —— 快速扩展的 AI 模型已逐渐超越传统存储基础设施的承载能力。在当前系统中，数据需从 SSD 经 CPU 传至 DRAM，再送达 GPU，这一过程形成严重瓶颈，既导致性能下降，又增加了能耗。而三星支持 GIDS 的架构，可消除这些瓶颈，允许 GPU 将大型数据集从存储器直接加载到 VRAM 中。Oh 指出，这种直接集成能显著缩短大型语言模型（LLM）及其他计算密集型 AI 应用的训练周期。

事实上，三星早在 2018 年就首次推出 Z-NAND 技术，并发布了面向企业级和高性能计算（HPC）应用的 SZ985 Z-SSD。这款 800GB 固态硬盘基于 48 层 V-NAND 和超低延迟控制器，顺序读取速度高达 3200MB/s，随机读取性能达 750K IOPS、写入速度达 170K IOPS，延迟均低于 20 微秒，性能较现有 SSD 高出五倍以上，读取速度更是比传统 3 位 V-NAND 快十倍以上。此外，SZ985 配备 1.5GB 节能 LPDDR4 DRAM，额定写入容量高达 42PB（相当于可存储全高清电影 840 万次），并凭借 200 万小时的平均故障间隔时间（MTBF）保障可靠性。

X-HBM 架构重磅登场

NEO Semiconductor 则重磅推出全球首款适用于 AI 芯片的超高带宽内存（X-HBM）架构。该架构基于其自研的 3D X-DRAM 技术，成功突破传统 HBM 在带宽与容量上的固有瓶颈，其发布或将引领内存产业迈入 AI 时代的 “超级内存” 新阶段。

相比之下，目前仍处于开发阶段、预计 2030 年左右上市的 HBM5，仅支持 4K 位数据总线和每芯片 40Gbit 的容量；韩国科学技术院（KAIST）的最新研究预测，即便是预计 2040 年左右推出的 HBM8，也仅能实现 16K 位总线和每芯片 80Gbit 的容量。

而 X-HBM 却凭借 32K 位总线和每芯片 512Gbit 的容量，可让 AI 芯片设计人员直接绕过传统 HBM 技术需耗时十年才能逐步突破的性能瓶颈。据介绍，X-HBM 的带宽达到现有内存技术的 16 倍，密度为现有技术的 10 倍 —— 其 32Kbit 数据总线与单芯片最高 512Gbit 的存储容量所带来的卓越性能，能显著打破传统 HBM 的局限性，精准满足生成式 AI 与高性能计算日益增长的需求。

Saimemory开发堆叠式DRAM

由软银、英特尔与东京大学联合创立的 Saimemory，正研发全新堆叠式 DRAM 架构，目标是成为 HBM 的直接替代方案，甚至实现性能超越。

这家新公司的技术路径聚焦于 3D 堆叠架构优化：通过垂直堆叠多颗 DRAM 芯片，并改进芯片间互连技术（例如采用英特尔的嵌入式多芯片互连桥接技术 EMIB），在提升存储容量的同时降低数据传输功耗。根据规划，其目标产品将实现容量较传统 DRAM 提升至少一倍，功耗较 HBM 降低 40%-50%，且成本显著低于现有 HBM 方案。

这一技术路线与三星、NEO Semiconductor 等企业形成差异化 —— 后者聚焦容量提升，目标实现单模块 512GB 容量；而 Saimemory 更侧重解决 AI 数据中心的电力消耗痛点，契合当前绿色计算的行业趋势。

在技术合作层面，英特尔提供先进封装技术积累，东京大学等日本学术机构贡献存储架构专利，软银则以 30 亿日元注资成为最大股东。初期 150 亿日元研发资金将用于 2027 年前完成原型设计及量产评估，计划 2030 年实现商业化落地。

闪迪联手SK海力士推进HBF高带宽闪存

闪迪与 SK 海力士近日宣布签署谅解备忘录，双方将联合制定高带宽闪存（High Bandwidth Flash，HBF）规范。这一合作源于闪迪今年 2 月首次提出的 HBF 概念 —— 一种专为 AI 领域设计的新型存储架构，其核心是融合 3D NAND 闪存与高带宽存储器（HBM）的技术特性。按计划，闪迪将于 2026 年下半年推出首批 HBF 内存样品，采用该技术的 AI 推理设备样品则预计在 2027 年初上市。

作为基于 NAND 闪存的内存技术，HBF 创新性地采用类 HBM 封装形式，相较成本高昂的传统 HBM，能显著提升存储容量并降低成本，同时具备数据断电保留的非易失性优势。这一突破标志着业界首次将闪存的存储特性与类 DRAM 的高带宽性能整合到单一堆栈中，有望重塑 AI 模型大规模数据访问与处理的模式。

与完全依赖 DRAM 的传统 HBM 相比，HBF 通过用 NAND 闪存替代部分内存堆栈，在适度牺牲原始延迟的前提下，可在成本与带宽接近 DRAM 型 HBM 的基础上，将容量提升至后者的 8-16 倍。此外，不同于需持续供电以保存数据的 DRAM，NAND 的非易失性让 HBF 能以更低能耗实现持久存储。

03多维度架构创新降低HBM依赖

除了在存储技术上持续创新，厂商们也在积极探索 AI 领域的架构革新，以期降低对 HBM 的依赖。

存算一体架构

上世纪 40 年代，随着现代史上第一台计算机的诞生，基于 “存储 - 计算分离” 原理的冯诺依曼架构应运而生，此后的芯片设计也基本沿用这一架构。在近 70 年的现代芯片行业发展中，技术进步多集中于软件与硬件的优化设计，计算机的底层架构始终未发生根本性改变。

存算一体（Processing-In-Memory, PIM 或 Compute-in-Memory, CIM）正是在这一背景下被提出的创新架构。其核心理念是在存储器本体或邻近位置集成计算功能，从而规避传统架构中 “计算 — 存储 — 数据搬运” 的固有瓶颈。通过在存储单元内部直接部署运算单元，物理上缩短数据传输距离，存算一体架构能够整合计算与存储单元，优化数据传输路径，突破传统芯片的算力天花板。这不仅能缩短系统响应时间，更能使能效比实现数量级提升。一旦技术成熟，有望将对高带宽内存的依赖度降低一个数量级，部分替代 HBM 的功能。

华为的 AI 突破性技术成果

华为近期发布的 UCM（推理记忆数据管理器），是一款以 KV Cache（键值缓存）为核心的推理加速套件。它融合了多种缓存加速算法工具，可对推理过程中产生的 KV Cache 记忆数据进行分级管理，有效扩大推理上下文窗口，从而实现高吞吐、低时延的推理体验，降低每个 Token（词元）的推理成本。通过这一创新架构设计，UCM 能够减少对高带宽内存（HBM）的依赖，同时显著提升国产大模型的推理性能。

04 未来将是多层级架构的时代

无论是训练还是推理场景，算力与存储都是率先受益的领域，二者将成为决定未来十年AI竞争格局的关键因素。

与 GPGPU 产品类似，HBM（尤其是 HBM3 及以上规格）需求旺盛，且长期被国外厂商垄断。2025 年初，HBM3 芯片现货价格较 2024 年初暴涨 300%，而单台 AI 服务器的 DRAM 用量更是达到传统服务器的 8 倍。从市场格局看，海外厂商仍占据主导地位：SK 海力士以 53% 的份额领先，且率先实现 HBM3E 量产；三星电子占比 38%，计划 2025 年将 HBM 供应量提升至去年的两倍；美光科技目前份额为 10%，目标是 2025 年将市占率提升至 20% 以上。

尽管 HBM 凭借卓越性能在高端 AI 应用领域站稳脚跟，但随着其他内存技术在成本控制、性能提升及功耗优化等方面的持续突破，其未来或将面临新兴技术的竞争压力。不过从短期来看，HBM 仍是高带宽需求场景的首选方案。

从长期发展趋势看，市场将随技术演进与应用需求变化不断调整优化。未来 AI 内存市场并非简单的 “替代与被替代” 关系，HBM 替代方案的创新呈现出 “架构哲学的多样性”，而非单一技术迭代。可以预见，AI 计算与内存领域不会出现全面取代 HBM 的 “唯一赢家”，取而代之的将是更复杂、分散化且贴合具体场景的内存层级结构 —— 单一内存解决方案主导高性能计算的时代正在落幕。

未来的 AI 内存版图将是异构多元的层级体系：HBM 聚焦训练场景，PIM 内存服务于高能效推理，专用片上内存架构适配超低延迟应用，新型堆叠 DRAM 与光子互连等技术也将在系统中占据一席之地。各类技术针对特定工作负载实现精准优化，共同构成 AI 时代的内存生态。

来源：半导体产业纵横