SK 海力士采用差异化路线,从 HBM2E 开始开发MR-MUF 工艺并逐步积累优势。
HBM 发展历史回顾。根据半导体行业观察,三星电子和 SK 海力士在第二代 HBM 产品前均使用 TC-NCF 工艺,但从第三代(HBM2E)开始,SK 海力士便改用了 MR-MUF 技术。根据 SK 海力士 公开路演 PPT《hynix Tech Seminar(2023)》,TC-NCF 和 MR-MUF 工艺区别是:1)TC-NCF 每次堆叠时,均需要在每层 DRAM 芯片间放置不导电粘合膜,而 MR-MUF 技术在堆叠半导体芯片 后,为了保护芯片间的电路会填充液体保护材料使其固化,并通过批量回流焊技术(MR)融化堆叠 芯片之间的凸块让芯片完成互相连接;2)相比 TC-NCF 技术,MR-MUF 工艺在堆叠芯片之间填充 保护材料提高了芯片的耐久性和散热效果。
根据半导体产业洞察, SK 海力士最新一代的先进 MR-MUF 封装工艺基于最初版本的 MR-MUF 工 艺,在试验状态下较美光和三星电子的 TC-NCF 工艺的导热率高出约两倍,如此可在 HBM 高速运 转时更稳定的散热表现。根据 SK 海力士公开路演 PPT《hynix Tech Seminar(2023)》,MRMUF 拥有更佳散热性能的原因是:1)MR-MUF 工艺先通过回流焊连接芯片,再用环氧塑封料填充 芯片间隙,而 TC-NCF 先用 NCF(非导电薄膜)填充芯片间隙,再通过热压键合设备连接芯片;2) MR-MUF 工艺的散热凸点更多,使用导热性能优良的环氧塑封料填充芯片与芯片的间隙,完成注塑 和底填工艺,具备更好的导热性能。

使用 TC-NCF 技术的三星电子持续遇到良率问题。根据半导体产业纵横,三星电子采用 TC-NCF 生 产 HBM3E 产品时遇到了散热和功耗问题,导致给下游客户批量供货的时间一直在推迟。与此同时, 根据半导体芯闻, 2024 年 7 月三星电子工会在韩国罢工,这在一定程度上拖慢三星电子 HBM3E 产品的客户端验证和出货进度。 根据 SK 海力士公开路演 PPT《hynix Tech Seminar(2023)》,针对之前反馈的 MR-MUF 较 TCNCF 容易发生翘曲的问题(MR-MUF 本身容易发生翘曲和空洞现象,即保护材料在某些区域分布不 均匀,会对 MR-MUF 的可靠性产生负面影响),SK 海力士通过技术攻关发布了先进 MR-MUF 技 术,较原有 MR-MUF 技术进一步降低了芯片堆叠时设备施加的压力,从而提高了芯片的翘曲控制 力。我们认为先进 MR-MUF 工艺的发布和成熟运用成功缓解了芯片翘曲现象和空隙问题,是 SK 海 力士提升其 HBM 制备技术工艺竞争力的集中体现。
我们复盘 SK 海力士的 HBM 发展历程可以发现,三星电子一直是其强劲的竞争者。根据半导体产业 洞察,在 HBM2 时代,三星电子即围绕客户与 SK 海力士展开激烈的争夺。SK 海力士在 2017 年 下半年宣布 HBM2 量产,并于 2019 年 8 月成功研发新一代 HBM2E,而三星在 2018 年 1 月宣布 开始量产 8GB HBM2,并在 2020 年 2 月推出了 16GB HBM2E。然而,进入 2019 年,由于 HBM 需求低于预期且无法保证盈利,三星电子解散了其 HBM 开发团队,为其 HBM3 产品导入落后于 SK 海力士埋下了伏笔。 根据半导体产业洞察,在 HBM3 时代,SK 海力士首先于 2021 年 10 月推出业内首款 HBM3,并 于 2022 年 6 月宣布向英伟达 GPU 供应。然而三星电子的 HBM3 产品直到 2024 年第一季度才通 过 AMDMI300 系列验证并出货,且截至 2024 年 6 月底仍未通过英伟达验证流程,表明在 HBM3 产品进度方面已经远远落后于 SK 海力士。此外,另一位竞争对手美光则选择跳过 HBM3,直接开 发 HBM3E。 根据半导体产业洞察, SK 海力士在 2024 年 3 月宣布开始量产 HBM3E 并向英伟出货达,继而 5 月宣布其基于先进 MR-MUF 技术的 HBM3E 产品键合良率已达到接近 80%。美光则在 2024 年 5 月出货 8 层 24GB HBM3E 产品,供货给英伟达 H200GPU。而三星电子在 HBM3E 方面的进度同时 落后于 SK 海力士和美光。
我们认为在客户验证和出货方面获得先机对于快速提升产品品质和扩大市场份额具有重大意义。一 方面,客户在实际使用 HBM 产品的过程中会及时反馈遇到的问题,厂商可借机重新审视产品的性 能和功耗,及时处理问题并持续打磨品质;另一方面,成为客户的供应商并稳定出货后,规模经济 效应可助力厂商提升生产效率,并基于原有工艺持续改进良率,最终在进入成熟良率后获得较高的 利润率。 客户层面,我们认为 SK 海力士在合作客户的数量和深度方面具备优势。根据全球半导体观察, SK 海力士 2024 年 3 月即实现 HBM3E 量产和向英伟达供货。AMD 方面,SK 海力士从第一代 HBM 产 品就与其合作,并在 2013 年 12 月与 AMD 联合开发 HBM 1 产品应用于 AMD 的 Radeon Fury 系列 显卡,此外 AMD 的 MI300 系列也采用了 SK 海力士的 HBM3E 产品。 根据中国北京半导体行业协会,除了英伟达和 AMD,SK 海力士还向云服务提供商 (CSP) 提供 HBM, 用于其专有 GPU 开发,其中包括亚马逊 、META、Alphabet、英特尔和微软等。
我们认为 HBM3E 将成为 2025 年 HBM 市场的主流产品。1)需求侧,根据 TrendForce,2024 年 英伟达 H100 仍然搭载 80GB HBM3,但 2025 年英伟达 Blackwell Ultra 下的 B200 系列均会搭载 HBM3E。在 2024 COMPUTEX 会议上,AMD 宣布其新一代 GPU 产品 MI325 和 MI350 将搭载达 288GB HBM3E,HBM 的单位用量增长超 3 倍。我们认为 2025 年英伟达和 AMD 的主力 GPU 产 品搭载 HBM3E 将持续提升它在 HBM 市场中的占有率。2)供给侧,SK 海力士和美光均在 2024 年第一季度向客户出货了 HBM3E 产品。SK 海力士在 2Q24 业绩会上提到,其 HBM3E 产品 2024 年的出货量占比将超过整体 HBM 出货量的 50%, 2025 年 12 层 HBM3E 的出货量将超过 8 层 HBM3E 产品。综合以上供需情况,我们判断 8 层和 12 层 HBM3E 到 2025 年仍是 HBM 市场的主 流产品。
我们认为,SK 海力士就工艺良率、产能释放速度和客户基础相对三星电子和美光在 HBM3 和 HBM3E 产品上具备优势。根据前文分析, SK 海力士在 12 层 HBM3E 产品上采用先进 MR-MUF, 相对友商在技术成熟度和良率方面存在优势。根据电子工厂专辑报道, SK 海力士副总裁 Kwon Jae-soon 在 2024 年 5 月表示公司 HBM3E 键合良率几乎达到 80%。2)管理层在 2Q24 业绩会上 确认 2025 年的资本开支会高于历史平均和 2024 年水平,并且大部分将用于 HBM 新产能扩张。 针对 2025 年下半年预计上市的 12 层 HBM4 产品,我们认为 SK 海力士或率先在三家原厂中出货, 原因包括:1)根据 SK 中国微信官方账号,SK 海力士在 2024 年 9 月 26 日宣布全球率先开始量 产 12 层 HBM3E,并实现了 36GB 容量。;2)根据半导体行业观察,国际半导体标准组织 (JEDEC)在 2024 年 7 月发布了 HBM4 标准,SK 海力士基于现有工艺技术和思路设计的 12 层 HBM4 产品基本符合,不需要大规模的设计变动。我们认为这有助于 SK 海力士在 HBM4 产品上市 初期(2025 年上半年)继续沿用现有成熟工艺。
我们认为 2026 年市场将逐步从 12 层 HBM3E 和 12 层 HBM4 向 16 层 HBM4 切换。伴随 HBM4 产品逐渐放量,尤其是 16 层 HBM4 产品进入市场, SK 海力士或面临来自美光和三星电子的更大 竞争。
行业标准和产品层面。国际半导体标准组织(JEDEC)在 2024 年 7 月份发布了 HBM4 最 新标准,同意将 HBM4 产品标准定为 775 微米,厚度超过上一代的 720 微米。我们认为最 新标准为 SK 海力士使用现有 MR-MUF 键合技术实现 16 层 DRAM 堆叠奠定了基础。如果 能沿用 MR-MUF 技术,SK 海力士或一定程度上享有良率和产能优势。但与此同时,我们 也看到混合键合技术在 HBM4 上落地的可能性。例如三星电子坚持在 HBM4 方面采用混合 键合工艺,并在 2024 年 5 月美国科罗拉多州举办的 2024 年 IEEE 第 74 届电子元件和技术 会议上发表了论文《用于 HBM 堆叠的 D2W(芯片到晶圆)铜键合技术研究》。文中三星电 子表示,对于 16 层以上 DRAM 堆叠的 HBM 产品,混合键合技术是必不可少的。我们认为 针对下一代更先进的 16 层堆叠 HBM 产品,三大原厂可能会针对技术和产品展开更为激烈 的竞争。不过鉴于混合键合的量产方案尚待打磨,我们认为三星电子需进一步证明其使用 混合键合技术可以在良率层面具备大规模量产 HBM4 能力。
供给层面。一方面,随着三大原厂陆续投产,2026-2027 年 HBM 供给不足的问题或较 2024-2025 年进一步缓解。此种情况之下,较低端的 HBM2 和 HBM3 产品可能出现价格 战,因而我们不排除美光和三星电子将更多资源转移到 HBM4 生产的可能性,由此加大与 SK 海力士竞争的力度。另一方面,从供应链安全角度来看,客户基于供应链稳定也可能会 加速引入美光和三星电子的产品。 产能方面,我们看到三星电子、SK 海力士和美光产均在积极规划产能。根据 TrendForce, 三星电 子、SK 海力士、美光在 2023 年底的 HBM 硅通孔技术( TSV)产能(对应 12 寸晶圆)分别是 45,000 片/月、45,000 片/月和 3,000 片/月。基于当前各自明确的市占率目标和产品规划,我们预 计三星电子、SK 海力士、美光在 2025 年底的 HBM 月度产能规划(对应 12 寸晶圆)分别是 117k 片、156k 片和 39.6k 片。

我们预计 SK 海力士 2024/25 年实际年产能分别达 611k/1080.6k 片晶圆,且在供给紧张下公司 HBM 产线平均稼动率有望维持在 90%附近。根据前文所述,SK 海力士在 2024 年 5 月宣布 HBM3E 良率已接近 80%。随着公司逐步提升工艺成熟度,我们预计 2024-2026 年实际良率有望维持在 75%-78%左右。价格方面,根据 DRAMeXchange 数据, HBM 单 GB 价格在 2024 年的均价在 15 美元左右,由此我们预计 SK 海力士 2024/25 年 HBM 业务收入分别为 95 亿/222 亿美元。
位元出货量方面,我们认为公司将精力放在 HBM 产品出货上,非 HBM 类的传统 DRAM 产品在 3Q4Q24 期间的出货量可能相较 2Q24 维持平稳。价格方面,受益于 AI 服务器对 DDR5 的需求拉动及 AI 手机对于 LPDDR5 需求,传统 DRAM 单价在 3Q24 和 4Q24 或有环比个位数增长。综上,我们 预计 2024 年传统 DRAM 业务收入为 245 亿美元,同比增长 81%。展望 2025 年,一方面,我们 认为 SK 海力士在传统 DRAM 业务上的战略是追求利润最大化,因此基于目前市场供需情况,公司 可能不会大规模扩张传统 DRAM 产能。另一方面,基于当前充裕的自由现金流水平,SK 海力士可 能会谨慎对待资本开支,2025 年主要用于 HBM 产能扩张。
NAND 位元出货量方面,根据前文所述,Enterprise SSD 拉动 NAND 业务出货,但传统个人电脑 和手机端的买方库存仍维持在高位。价格方面, TrendForce 表示,3Q24 来自云厂商的订单有望 回升,持续拉动采购需求,对应企业级 ESS 价格有望环比提升。但包括移动端和个人电脑端在内其 他品类的 NAND 价格因买方库存较高,相应的价格涨幅可能会收窄,由此我们预计 NAND 单价在 3Q24 和 4Q24 分别环比增长 7%和 5%。基于 2023 年的低基数以及 1H24 的大幅环比上涨,我们 预计 NAND 单价 2024 年将同比增长 96%。 展望 2025 年,NAND 位元出货量依然由 Enterpise SSD 订单拉动。基于市场当前 NAND 的供需情 况,我们预计 SK 海力士可能不会大幅增加 NAND 的供应量。价格方面,来自手机端和传统个人电 脑端的 NAND 价格或同比持平。由此,我们预计 SK 海力士 2024/25 年传统 NAND 业务收入 为 151 和 160 亿美元。
我们认为影响 DRAM 部门整体运营利润率(OPM)的因素包括 HBM 在总收入中的贡献比例、传统 DRAM 价格趋势以及库存重估(调整)。我们注意到传统 DRAM 的 OPM 高峰(约 40%-45%)出 现在 2021 年的上一个生命周期。我们认为,2024 年上半年价格上涨的势头可能会延续至 2024 年 下半年,并进一步推动传统 DRAM 的 OPM,我们预计传统 DRAM 业务的 OPM 有望在 2024 年第 四季度达到 42%。与此同时,与传统 DRAM 相比,HBM 带来了更高的 OPM(2024 年上半年或达 50%),其对 DRAM 业务收入的更大贡献应会提高整体 DRAM 的 OPM。我们预计 SK hynix 的 DRAM 业务(包括 HBM)的整体 OPM 将从 2023 年的 1%上升至 2024 年的 43%。 根据 SK 海力士 2023 年年报,公司表示影响 NAND 业务经营利润率的直接因素为 NAND 的价格。 我们看到 2022 年第三季度起 NAND 供给过剩问题导致 SK 海力士 NAND 业务的经营利润率从 2Q22 的 17%下降到 2Q23 的-120%左右。随着 NAND 价格从 2023 年第四季度起环比改善,SK 海力士 NAND 业务的经营利润率才逐渐回升,于 2024 年第一季度首次转正(考虑 NAND 存货价值重估收 益)。随着公司 NAND 单价的提升,我们预计对应的经营利润率有望从 2023 年的-84%提升到 2024 年的 20%。 随着 HBM 业务快速增长,我们预计 DRAM 业务在整体收入中的比例也会逐步提升,有望从 2023 年的 63%提升到 2025 年的 67%。由此,我们预计 SK 海力士整体的经营利润率有望从 2023 年的 -24%提升到 2025 年 39.7%。
根据 SK 海力士官网及 BESI 官网公开信息,SK 海力士在 2024-27 年的资本支出主要用于建设韩国 M15X 和位于美国的先进封装工厂。M15X 的总投资超过 20 万亿韩元(约合 144 亿美元),基础 设施投资超过 5.3 万亿韩元(约合 38 亿美元)。先进封装工厂的总投资为 38.7 亿美元,计划于 2028 年开始运营。在公司 2024 年第二季度的财报电话会议上,管理层表示,2024 年的资本支出 将高于年初的计划,且超过历史平均水平。根据我们的计算,2014-2023 年的平均资本支出为 10.6 万亿韩元(约合 76 亿美元)。我们预计公司 2024 年的资本支出将达到 15.2 万亿韩元,并在 2025-2026 年继续增长,以支持 DRAM 工厂的建设和产能扩展以及海外工厂的建设。 得益于 HBM 收入的快速增长以及 DRAM 和 NAND 利润率的改善,我们预计公司 2024 年的经营现 金流将达到 21.5 万亿韩元。由于管理层在 2024 年第二季度的财报电话会议上明确表示公司的资本 支出不会超过当年的经营现金流,我们估计 2024 年的自由现金流为 6.3 万亿韩元。