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據 Woofun AI 消息,人工智能推理領域正面臨內存與存儲技術的嚴峻瓶頸,HBM 與 DRAM 的供需矛盾預計將持續至少五年。隨着 GPU 架構對 HBM 依賴呈指數級增長,市場核心焦點在於產能擴張能否匹配需求,以及長鑫科技擴產的實際影響力。生產週期漫長導致內存市場週期性特徵顯著,唯有通過定製化設計、結構性需求爆發或技術快速迭代才能打破傳統困境。
HBM 技術雖在封裝與基片設計上具備定製化元素,但其 DRAM 層仍遵循 JEDEC 標準,允許一定程度的產能重新分配,例如三星在未能通過英偉達認證後,仍將 HBM3E 產品供應給谷歌和 AMD。
然而,HBM4 時代基片上將增加自定義邏輯電路與緩存結構,定製化程度將進一步提升。推動這一趨勢的核心動力源於市場對英偉達芯片性能提升的迫切需求,因爲芯片性能直接取決於 HBM 的容量與帶寬。每顆 GPU 所使用的 HBM 容量每年以超過 40% 的速度增長,這一增速遠超 DRAM 供應鏈中晶圓產量的 14% 增速及密度提升的 9% 增速。由於注意力機制對緩存帶寬的高要求,HBM 在當前市場佔據獨特地位,至少在未來五年內,SRAM、HBF、CXL、PIM 等替代技術均無法在主流市場構成有效競爭。
HBM 的升級週期爲兩年,每次升級均使速度與容量翻倍,導致舊版本產品迅速喪失經濟競爭力。這使得製造商間的競爭焦點從單純產量轉向產品穩定性與性能,即產品在英偉達平臺上的應用佔比,從而規避了傳統意義上的"囚徒困境"。內存市場週期性波動的根源在於長達三年的生產線建設週期與不穩定市場需求之間的矛盾,但人工智能的快速發展在一定程度上緩解了這種週期性。
值得注意的是,DRAM 每塊晶圓上的比特密度增速已從 2000 年的 45% 降至目前的 9%,這意味着產能擴張更多依賴新建生產線而非密度提升。相對於普通 DRAM,HBM 生產難度顯著增加,生產 HBM3e 需消耗約 3 倍於 DRAM 的晶圓數量,而 HBM4 則需約 4 倍,導致每塊晶圓可生產的比特數量呈現通縮趨勢。
HBM 的持續演進取決於 Transformer 架構及相關緩存機制的長期有效性,鑑於注意力機制在動態路由中的基礎角色,HBM 未來仍將在人工智能推理系統中佔據核心地位。
與此同時,DRAM 正經歷結構性變化,雖未經過定製化設計,但受益於 CPU 驅動的結構性需求高速增長。目前 CPU 與 GPU 的比例正從 1:4 向 1:2 甚至 1:1 轉變,在需 CPU 大量處理的場景中,CPU 處理延遲已成爲嚴重瓶頸,迫使 DRAM 產能同步擴張。人工智能應用普及導致代碼量與 API 調用次數激增,CPU 使用時間呈指數級增長,用於數據庫更浪費了內存與算力資源。因此,AMD、ARM、英偉達及伯恩斯坦研究所均上調了對 CPU 總處理能力的預測,預計到 2030 年將達到 600 億美元至 2230 億美元,2031 年甚至可能突破 4000 億美元大關。
由於代理任務需保留消息歷史記錄與上下文信息,這些數據通常存儲於 DRAM 中,導致上下文窗口從 32KB 擴大至 1MB,單次會話所需內存資源持續增加。Woofun AI 整理數據顯示,若假設 2030 年 CPU 總處理能力爲 3000 億美元且每核心內存使用量爲 16GB,新增 DRAM 需求量將達 96EB,遠超當前全球 47EB 至 60EB 的生產能力。
這種巨大的供需差距必將引發 DRAM 價格波動。服務器與邊緣計算領域對 AI 需求的增長加速了 DRAM 技術迭代,如蘋果對 LPDDR 內存的需求便體現了這一趨勢,DDR6/LPDDR6 因性能優勢被迅速採納。
此外,HBM 生產消耗了大量原本用於普通 DRAM 的晶圓,致使非 HBM 類 DRAM 比特產量年增率僅約 20%。
長鑫科技雖將產能擴大至每月 50 萬片晶圓,但其 DRAM 比特密度僅爲前三大生產商平均水平的 50%,對行業整體影響有限,估計其對 DRAM 比特產量年均增長率的貢獻僅爲 1.5%,使行業增速從 12.7% 提升至 14.2%。高速 DDR6 技術發展受光刻工藝限制,進一步制約了長鑫科技的潛力。到 2030 年,DRAM 供需缺口將繼續擴大,需求年均增長率約 50%,而供給僅約 20%。由於邊緣計算、消費電子及低價值應用等領域存在大量被壓抑的需求,即使供給暫時跟上,價格亦難暴跌。HBM 與 DRAM 價格存在關聯,若 DRAM 利潤率下降將波及 HBM 盈利能力,進而推動產能調整以維持價格穩定。NAND SSD 同樣受益於 AI 技術,如減輕 KV 緩存負擔、生成視頻內容及優化存儲效率,儘管增長動力較弱,但成本效益極高,預計 2027 年 NAND 單價僅爲 0.8 美元/GB,而 DRAM 則爲這一價格的兩倍左右。主要廠商嚴格控制生產節奏導致 NAND 市場同樣面臨嚴重短缺,此次 NAND 快速增長屬於超級週期,預計將把市場低迷期推遲至 2030 年之後。這是繼 HBM 產能瓶頸之後,存儲行業面臨的又一輪長期結構性挑戰。