高頻寬存儲器HBM(High Bandwidth Memory)作為當前熱門的內存技術,具有高帶寬、大容量、低延遲的DDR DRAM組合陣列,相比于傳統內存,可提供極高的數據吞吐量,在AI服務器領域大殺四方。現今,存儲巨頭與手機廠商又一拍即合,意欲將HBM這件“算力利器”發揮得淋漓盡致,使其從數據中心轉入移動設備市場,奪取下一階段的商業化勝利。
此前,業界長期流傳著蘋果公司將在20周年紀念版iPhone上使用HBM內存的消息,而最近國內手機廠商似乎也開始面向HBM展開競逐,隱有趕超蘋果之勢。在手機需求疲軟的當下,這場“內存戰爭”既充滿了變數,又帶給消費者諸多期待。
頭部廠商“嘗鮮”,移動HBM落地節點
2007年,蘋果公司在舊金山發布初代iPhone,該產品的問世被視作手機的再次“發明”,打破傳統功能機的固有格局。隨著20周年的臨近,蘋果似乎有意愿復刻輝煌。有媒體報道,蘋果計劃在2027年推出具有紀念意義的iPhone產品,不僅在外形設計上追求突破,更計劃導入HBM技術。倘若消息屬實,繼而結合蘋果AI架構,將有望實現大型語言模型(LLM)于裝置本體運行,在兼顧低耗電與低延遲的同時,將iPhone推入全新性能層級。
據悉,蘋果已委由三星電子與SK海力士分別研發移動HBM,并預計于2026年啟動量產,以趕上“iPhone 20周年”。兩大存儲巨頭或采用不同先進封裝工藝,各自為蘋果公司量身打造高密度、低耗電解決方案。目前業界所討論的移動HBM,即為針對手機等移動設備單獨設計的“類HBM”,其目標是在保留高資料傳輸率的同時,降低功耗與存儲器芯片面積。
計劃將HBM搬上手機的并不只有蘋果。社交平臺博主“數碼閑聊站”7月1日曾發布一條訊息,稱“除了折疊比例搶先蘋果,AI功能和定制化內存方案也會領先蘋果,某廠會先于蘋果落地HBM DRAM”。按照時間表(2027年之前),有能力且產品價格支撐得起HBM的大廠,大概不會很多,有幾家廠商的溢價能力能夠支撐呢?
在一些行業人士的分析中,“遙遙領先”大廠或搶先成為推出搭載移動HBM的手機的廠商,原因是其具備幾方面的必要能力:其自研的SoC芯片可定制HBM所需的內存控制器、自研的操作系統支持HBM所需的字節級內存調度,其散熱專利可解決HBM功耗高問題,這“三位一體”的技術閉環有助于其在技術創新領域實現搶跑。而戰略層面,該廠商也有足夠的意愿通過端側AI體驗來進一步突破高端手機市場。
“2026年末至2027年初可能成為移動HBM落地手機端的臨界點,三星電子、SK海力士就計劃于2026年實現移動HBM的商業化,以支持AI應用,” 得一微電子同時觀察到另一種高帶寬內存方案,該公司首席市場官羅挺表示,3D DRAM技術正取得顯著進展,有望成為當前替代HBM進入手機的更優方案。
據悉,業界已有AI芯片公司創造性地設計了獨立NPU,集成高帶寬3D DRAM,更有靈活性和可行性,或最早在2025年至2026年完成樣機驗證,有望比HBM更快在手機端側應用。得一微電子也同步為AI手機提供高帶寬UFS存力芯片,順應移動HBM手機需求,以便擴展更大的模型。
“既生瑜何生亮”,LPDDR敗北
為什么在當下移動HBM開始爆火,是傳統內存方案技窮了嗎?業內某ODM大廠技術人員章成(化名)介紹,目前中端手機內存主流方案是LPDDR4,旗艦手機為LPDDR5甚至LPDDR5X。集微網向其了解“目前主流內存方案能夠滿足AI手機需求嗎”?其表示,近年來,手機硬件經過持續的迭代升級,性能實質上已接近頂峰。
但凡事怕比較,當LPDDR遭遇移動HBM,一切都不夠看了。目前,HBM3E使用支持1024位的數據總線寬度,而LPDDR5X則是64位總線,這使得LPDDR5X的帶寬為8533Mbps(1066.6MB/s),而HBM3E傳輸速率卻達到了驚人的9.6GB/s,可提供1.2TB/s帶寬,相當于前者的1180倍。
HBM“碾壓式”的帶寬(達TB級),超低的數據延遲,可徹底解決AI訓練等數據瓶頸,其3D堆疊技術還可縮小占地面積50%以上,非常適合高集成度芯片。這些性能優勢大到足以蠱惑有志于AI手機的廠商下決心用上移動HBM。因此,似乎不能簡單地將手機廠商青睞HBM歸因為產品硬件升級的結果,倒更像是頭部廠商的技術前探。
假設移動HBM在手機端實現應用,最重要的革新之一便是可支持端側大模型的落地與應用,其超高帶寬可承載百億級參數大模型在手機端運行,徹底擺脫云端依賴。用戶可在離線狀態下實現AI繪圖、實時文案生成、多語言翻譯等復雜任務,徹底顛覆手機端AI功能體驗。
“端側大模型在手機端的落地可保證敏感數據的本地化閉環,規避數據泄漏風險;同時,透過手機端HBM的本地預處理減少云端計算量,可有效降低服務器負載與通信成本;最后,HBM能將手機應用啟動、多任務切換延遲可降低至毫秒級,手機AI助手的Token生成速度更是可以提升5-10倍以上。”羅挺說。
力推移動HBM,存儲巨頭爭分奪秒
HBM的制造遠比傳統DRAM芯片更為復雜。其一般采用先進的3D堆疊技術,通過硅通孔(TSV)將多個DRAM芯片垂直連接。這種獨特的設計,能夠充分滿足AI運算對海量數據的快速處理需求,有效減少數據傳輸的延遲,大大提高了訓練效率。
與HBM一樣,移動HBM具有相同的堆疊概念,但后者采用階梯狀堆疊LPDDR DRAM的方式,再用垂直電線將其連接到基板;此外,移動HBM作為定制產品,在批量生產之前需針對客戶產品作優化設計,以滿足特定需求,這種趨勢有望為整個行業帶來更為靈活高效的解決方案。
“倘將AI芯片上的HBM直接移植到手機這樣的小尺寸終端上,首先將面臨尺寸大、散熱難和成本高等問題,顯然不是個好辦法,”有業內人士指出,目前討論在手機上搭載移動HBM,屬于“類HBM”技術,譬如LLW DRAM/LPW DRAM方案。
集微網了解,LLW (Low Latency Wide I/O)DRAM與LPW(Low Power Wide I/O)DRAM實際上是同一種技術的不同叫法。首先被業界熟悉的是LLW DRAM——2024年7月有消息爆出,蘋果Vision Pro頭顯所采用的R1芯片搭載的是由SK海力士供應的LLW DRAM,該內存不僅提供256GB/s帶寬,還以1GB的容量和相較于傳統內存8倍的I/O引腳數,展現其在數據傳輸速度上的巨大優勢。圍繞LLW DRAM,三星電子亦積極備戰,于2023年11月發布公告,稱針對設備端本地運行AI的需求,特別研發LLW DRAM,其性能優于現有的LPDDR解決方案。
據悉,三星電子、SK海力士均計劃在2026年前后推出采用新型“類HBM式”堆疊結構的移動內存,以應對日益增長的智能設備端側AI處理需求,前者以“VCS(Vertical Cu post Stack)”為名開發該技術,后者則以“VFO(Vertical wire Fan-Out)”為名開發該技術,采用不同的封裝技術。
三星電子采用VCS技術,將從晶圓上切割下來的DRAM芯片以臺階形狀堆疊,用環氧材料使其硬化,然后在其上鉆孔并用銅填充。今年2月,三星電子DS部門首席技術官 Song Jai-hyuk 在IEEE ISSCC 2025會議上表示,首款針對設備端AI應用優化的LPW DRAM內存產品將于2028年發布。三星電子宣稱,LPW DRAM帶寬可達200GB/s以上,較現有LPDDR5X提升166%;功耗降至1.9 pJ / bit,比LPDDR5X低54%。
SK海力士開發的VFO的技術則選擇銅線而非銅柱。DRAM以階梯式方式堆疊,并通過垂直柱狀線/重新分布層連接到基板。其使用銅線連接堆疊的DRAM,然后將環氧樹脂注入空白處以使其硬化,實現移動DRAM芯片的堆疊。數據顯示,SK海力士2023年的VFO技術驗證樣品在導線長度上僅有傳統布線產品的不到1/4,能效提升4.9%。雖然該方案帶來了額外1.4%的散熱量,但封裝厚度減少了27%。
挑戰堆高成本,昂貴的AI手機
過去一年里,絕大部分手機廠商都適時推出AI手機,被業界廣泛視為“AI手機元年”。但據集微網觀察,當前生成式AI大模型仍以云端、端云協同部署為主流方案。想要實現“每臺手機都是AI終端”的目標,除了大模型在輕量化、高性能上的持續優化,移動HBM的上機勢在必行,這足以讓手機獲得更強、更安全的端側大模型能力。
但移動HBM在手機端的應用,尚面臨諸多挑戰:
首要問題就是制造工藝的良率。當前,HBM依賴的TSV技術制造工序相當復雜,良率僅40%~60%,這也導致其復雜的研發制造技術高度集中在極個別存儲大廠手中;HBM還需進行KGD(已知良品芯片)和KGSD(已知良品堆疊)雙重測試,且堆疊后芯片的物理訪問受限,需開發非接觸式測試技術,這使得測試與封裝成本上升,進一步堆高移動HBM總體成本——有博主表示,LLW DRAM相較LPDDR,成本要高出3~4倍。
此外,移動HBM在手機應用端也存在挑戰,其在硬件層面需重構內存子系統,比如HBM的1024位寬總線需要SoC中的內存控制器重新設計,在系統層,現有頁式內存管理(4KB粒度)需支持 HBM的字節級訪問等;同時,手機不同于PC機和服務器,其散熱條件有限,高功耗會極大影響手機整體續航。當前HBM功耗遠超手機被動散熱極限,這也是HBM在手機端應用前必須解決的問題。
市調機構Canalys最新研究顯示,2025年第二季度,全球智能手機市場同比下滑1%,這是該行業連續6個季度以來的首次下跌。面對疲軟的市場,業界還是期待移動HBM的參與能夠提振消費電子市場,通過AI手機的硬件革新引爆消費者購機欲望。
手機搭載移動HBM可視為AI技術驅動與手機產業升級雙重作用的結果,其落地標志著AI手機從概念驗證邁向實質進化的關鍵轉折點。羅挺說:“一方面AI端側技術的剛性需求驅動HBM落地手機端,實現端側大模型、零延遲交互、數據隱私閉環三位一體;另一方面,手機AI能力將成為高端機型‘分水嶺’,頭部廠商寄望于HBM構建技術代差。”
但構建技術代差是有代價的,移動HBM的使用必將推升整體制造成本,使得手機廠商在積極引入移動HBM時面臨一個靈魂拷問:擔下更多成本or旗艦機增配漲價?屆時,市場將用消費者的投票給予回答。
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