存儲芯片，前所未有的危機

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內(nèi)存芯片制造商一直以來都面臨著供過于求和供不應(yīng)求的局面。這些制造商會提前數(shù)年制定預(yù)期需求計劃，但不可避免地，他們有時也會判斷失誤。然而，如今行業(yè)內(nèi)的情況遠(yuǎn)非以往這種劇烈波動所能比擬。

市場研究公司IDC表示，人工智能的蓬勃發(fā)展給供應(yīng)帶來了巨大壓力，內(nèi)存芯片短缺已成為“前所未有的危機”。而且，人工智能的部署速度還在不斷加快；大型科技公司預(yù)計到2026年將投入高達(dá)6500億美元，比去年的紀(jì)錄增長約80%。因此，即使芯片制造商提高產(chǎn)量，緩解芯片短缺的局面也至少需要一年以上的時間，甚至更久。

包括蘋果公司、Alphabet公司和特斯拉公司在內(nèi)的多家科技公司領(lǐng)導(dǎo)人已經(jīng)開始談?wù)搩?nèi)存短缺對盈利能力乃至人工智能發(fā)展時間表的影響。谷歌DeepMind的德米斯·哈薩比斯稱之為行業(yè)的“瓶頸”。在1月底的特斯拉財報電話會議上，首席執(zhí)行官埃隆·馬斯克甚至提出了自行生產(chǎn)內(nèi)存芯片的想法。但生產(chǎn)人工智能應(yīng)用尤其需要的芯片，其技術(shù)目前只有三家公司掌握。

為什么存儲芯片如此重要？

內(nèi)存芯片對現(xiàn)代計算至關(guān)重要。它們本身并不執(zhí)行計算，而是存儲數(shù)據(jù)并將其傳輸?shù)街醒胩幚砥鳎–PU）——設(shè)備的“大腦”。這些芯片嵌入在智能手機、游戲機、汽車和家用電子產(chǎn)品中，并且越來越多地應(yīng)用于人工智能數(shù)據(jù)中心。

如果沒有它們，數(shù)字系統(tǒng)將陷入癱瘓。應(yīng)用程序和計算機程序加載速度會很慢，視頻會無限緩沖，Siri 或 Alexa 也不會有活潑的回應(yīng)。

幾十年來，計算機主要依賴兩種類型的存儲器。第一種是NAND（非與閃存的縮寫），這是一種閃存，即使設(shè)備斷電也能保留數(shù)據(jù)。它常用于固態(tài)硬盤（SSD）和U盤等產(chǎn)品的長期存儲。

第二種是DRAM（動態(tài)隨機存取存儲器），它是計算機中最常見的運行內(nèi)存。它臨時存儲CPU正在使用的數(shù)據(jù)。在個人電腦中，DRAM通常位于連接到主板的可移動模塊上。

把內(nèi)存芯片想象成購物中心的停車場。購物中心就像中央處理器，所有活動都在那里進(jìn)行；而汽車就像數(shù)據(jù)包——它們必須停放在某個地方，直到需要時才被使用。

人工智能的興起推動了一種新的DRAM芯片封裝方式，稱為高帶寬內(nèi)存（HBM）。它涉及將多個內(nèi)存芯片（存儲數(shù)據(jù)的單個硅片）垂直堆疊，并將它們放置在靠近處理器的位置，與傳統(tǒng)內(nèi)存相比，可顯著提高數(shù)據(jù)傳輸速度。

HBM就像一個升級版的多層停車場。它有很多坡道，所以很多車可以同時進(jìn)出——而且速度更快。

數(shù)千個貫穿堆疊結(jié)構(gòu)的微小孔（硅通孔）允許數(shù)據(jù)在層之間直接、同時傳輸，因此速度更快。

用DDR5芯片傳輸1TB的數(shù)據(jù)可能需要10秒以上。——一種廣泛應(yīng)用的傳統(tǒng)DRAM。使用單個HBM3，速度大約是普通DRAM的10倍。

這種速度對于人工智能系統(tǒng)至關(guān)重要，因為它們必須無瓶頸地傳輸海量數(shù)據(jù)。通過縮短傳輸時間，HBM 可以幫助模型更快地加載和處理數(shù)據(jù)，使其成為人工智能供應(yīng)鏈中最受歡迎的組件之一。

是什么引發(fā)了內(nèi)存芯片價格的緊縮？

隨著人工智能模型規(guī)模越來越大、復(fù)雜度越來越高，服務(wù)器在設(shè)計時需要比以往配備更多的HBM內(nèi)存。同時，它們也需要越來越多的傳統(tǒng)DRAM和NAND閃存來處理訓(xùn)練數(shù)據(jù)并支持云工作負(fù)載。

自 2023 年以來，亞馬遜公司、Alphabet 公司、微軟公司和 Meta Platforms 公司等科技公司已累計投入數(shù)千億美元用于擴建數(shù)據(jù)中心和計算能力，加劇了為人工智能應(yīng)用建設(shè)規(guī)模更大的設(shè)施的競爭。

據(jù)彭博行業(yè)研究顯示，到 2025 年，數(shù)據(jù)中心對 DRAM 的需求將占全球消費量的 50% 左右，較五年前的 32% 大幅增長。

預(yù)計這一份額還會進(jìn)一步攀升。到2030年，人工智能服務(wù)器預(yù)計將占全球服務(wù)器消耗量的60%以上。

這一增長的部分原因是所謂人工智能代理的興起——這些軟件旨在持續(xù)運行，并在有限的人工監(jiān)督下完成任務(wù)。

會有什么后果？

為了確保獲得芯片供應(yīng)，人工智能系統(tǒng)制造商愿意支付溢價并簽署長期供應(yīng)協(xié)議。作為回應(yīng)，內(nèi)存芯片制造商正將資金和新增產(chǎn)能轉(zhuǎn)向生產(chǎn)利潤更高的HBM芯片，而減少對主流設(shè)備中使用的傳統(tǒng)DRAM芯片的投入。

智能手機、個人電腦、游戲機和其他設(shè)備的制造商如今正競相爭奪日益緊張的內(nèi)存供應(yīng)，即便是為了滿足日常需求。由于人工智能客戶享有優(yōu)先權(quán)，許多制造商實際上已被排在了后面。

其結(jié)果是消費電子產(chǎn)品的制造成本急劇上升。

全球三大個人電腦制造商之一的惠普公司表示，內(nèi)存成本目前約占筆記本電腦制造所需材料成本的 35%，而就在三個月前，這一比例還約為 15% 至 18%。

為了抵消成本上漲的影響，該公司正在提高電腦售價。同時，該公司也在調(diào)整部分產(chǎn)品配置，例如推出內(nèi)存容量較低的型號，這可能會影響設(shè)備的性能和使用壽命。

戴爾從 12 月中旬開始提高服務(wù)器價格，并于 1 月份提高了 PC 的價格。

這種壓力不僅限于個人電腦。Counterpoint Research 估計，內(nèi)存價格上漲可能會在未來幾個季度使智能手機制造所需材料的成本上漲 15% 甚至更多。

為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，手機廠商也在部分機型中縮減內(nèi)存，并重新考慮是否繼續(xù)生產(chǎn)利潤微薄的入門級設(shè)備。IDC預(yù)測，到2026年，全球智能手機市場將萎縮12.9%，這將是該行業(yè)有史以來最大的跌幅。

據(jù)全球最大的智能手機處理器供應(yīng)商高通公司稱，這種影響在中國可能尤為嚴(yán)重，因為在中國，低價智能手機市場的競爭最為激烈。

游戲機制造商也面臨著類似的困境。包括索尼集團和任天堂在內(nèi)的多家公司都警告稱，零部件供應(yīng)緊張和投入成本上升可能會影響其產(chǎn)品的價格，甚至可能導(dǎo)致未來產(chǎn)品上市時間推遲。

工廠難道不能提高芯片產(chǎn)量嗎？

全球存儲器市場由三家公司主導(dǎo)——韓國的三星電子和SK海力士，以及美國的Micron Technology Inc.——這種集中局面是由數(shù)十年來利潤波動以及工廠建設(shè)和設(shè)備購置成本飆升造成的。

盡管這些公司競相通過新建或升級制造和先進(jìn)包裝設(shè)施來擴大產(chǎn)能，但此類項目需要數(shù)年時間和數(shù)十億美元才能產(chǎn)生顯著的產(chǎn)量。

HBM芯片還面臨著另一個挑戰(zhàn)：大規(guī)模生產(chǎn)難度異常高。它們由多個比頭發(fā)絲還細(xì)的存儲芯片堆疊而成，精度極高。單個缺陷就可能影響整個堆疊結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致生產(chǎn)速度更慢，良率也低于傳統(tǒng)DRAM。

某些版本的 HBM 還集成了小型邏輯芯片，以幫助管理和路由數(shù)據(jù)，這進(jìn)一步增加了復(fù)雜性，并消耗了不成比例的制造能力。

那么，接下來會發(fā)生什么？

存儲芯片行業(yè)長期以來一直難以使新增產(chǎn)能與需求波動相匹配。即使制造商擴大產(chǎn)能，他們?nèi)匀粨?dān)心重蹈覆轍，再次經(jīng)歷以往那種繁榮與蕭條的周期性波動，因為這種周期性波動曾導(dǎo)致利潤銳減，并將實力較弱的企業(yè)推向破產(chǎn)。

就在2023年，美光和SK海力士由于高估了疫情期間需求的持續(xù)時間，導(dǎo)致整個行業(yè)產(chǎn)能過剩，損失了數(shù)十億美元。盡管他們渴望抓住人工智能驅(qū)動的訂單，但卻不愿再次經(jīng)歷產(chǎn)能過剩及其帶來的損失。因此，產(chǎn)能擴張可能會更加謹(jǐn)慎，至少比許多客戶的預(yù)期要謹(jǐn)慎得多。

目前尚不清楚的是，該行業(yè)是否會再次走向熟悉的低迷期，或者人工智能是否代表著一種結(jié)構(gòu)性轉(zhuǎn)變，這將使存儲器需求在未來多年保持高位，迫使芯片制造商致力于持續(xù)擴張。

目前，與數(shù)據(jù)中心建設(shè)相關(guān)的公司正在確保獲得所需的內(nèi)存，以維持其持續(xù)擴張。隨著內(nèi)存制造商受益于這一增長勢頭，它們的收入和利潤也在不斷攀升。

然而，對于消費電子公司而言，供應(yīng)短缺可能意味著產(chǎn)品價格上漲、利潤空間收窄以及產(chǎn)品升級速度放緩。

（來源：編譯自彭博社）

*免責(zé)聲明：本文由作者原創(chuàng)。文章內(nèi)容系作者個人觀點，半導(dǎo)體行業(yè)觀察轉(zhuǎn)載僅為了傳達(dá)一種不同的觀點，不代表半導(dǎo)體行業(yè)觀察對該觀點贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯(lián)系半導(dǎo)體行業(yè)觀察。

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