ธนาคารดอยช์แบงก์วิเคราะห์: AMAT กลายเป็นผู้นำด้านอุปกรณ์ DRAM การอัปเกรดหน่วยความจำ AI เปิดพื้นที่คำสั่งซื้อใหม่

律动BlockBeats

อ่านบทความนี้ใน 29 นาที

AI เซิร์ฟเวอร์ผลักดันให้หน่วยความจำและกระบวนการบรรจุภัณฑ์ต้องใช้เงินทุนที่สูงขึ้น

TL;DR
· AMAT ในมาสเตอร์คลาสวันที่ 25 มิถุนายนได้นำเสนอแผนงานด้าน DRAM และการบรรจุภัณฑ์ขั้นสูง โดยระบุว่าส่วนแบ่งตลาดอุปกรณ์ DRAM ของตนได้เพิ่มขึ้นเป็นอันดับหนึ่งของโลก
· DRAM รุ่นถัดไป HBM และการเชื่อมต่อแบบผสมผสานต้องการขั้นตอนการสะสม การกัด และการวัดที่มากขึ้น โดยใน 19 ขั้นตอนของกระบวนการ TSV นั้น AMAT ครอบคลุมถึง 15 ขั้นตอน
· การเพิ่มขึ้นของส่วนแบ่งตลาดยังคงขึ้นอยู่กับรายจ่ายด้านทุนของลูกค้า อัตราผลผลิตของ 3D DRAM และจังหวะการผลิตแบบบรรจุภัณฑ์ระดับแผง

บริษัท Applied Materials (AMAT) ได้นำเสนอแผนงานอุปกรณ์หน่วยความจำและการบรรจุภัณฑ์ในยุค AI อย่างครอบคลุมในมาสเตอร์คลาสด้าน DRAM และการบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงเมื่อวันที่ 25 มิถุนายน โดย Deutsche Bank ยังคงคำแนะนำ "ซื้อ" โดยให้เหตุผลว่าเซิร์ฟเวอร์ AI กำลังผลักดัน DRAM, HBM และการบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงไปสู่กระบวนการผลิตที่ซับซ้อนยิ่งขึ้น

นี่ไม่ใช่แค่การเปิดตัวอุปกรณ์ใหม่เท่านั้น สำหรับนักลงทุน ประเด็นสำคัญคือคอขวดของเซิร์ฟเวอร์ AI ไม่ได้อยู่ที่ GPU เพียงอย่างเดียว แต่หน่วยความจำแบนด์วิดท์สูง, การซ้อน DRAM, การเชื่อมต่อชิป และซับสเตรตบรรจุภัณฑ์ที่ทำงานรอบ GPU ก็กำลังผลิตได้ยากขึ้นเช่นกัน ยิ่งกระบวนการซับซ้อนมากเท่าไร ผู้ผลิตอุปกรณ์ก็ยิ่งมีส่วนร่วมในขั้นตอนต่างๆ มากขึ้นเท่านั้น และรายจ่ายด้านทุนก็มีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนจาก "การซื้อกำลังการผลิตเวเฟอร์เพิ่ม" ไปเป็น "การซื้ออุปกรณ์วิศวกรรมวัสดุที่ซับซ้อนมากขึ้น"

ตัวเลขที่ชัดเจนที่สุดที่ AMAT ให้ไว้คือ ส่วนแบ่งตลาด DRAM ของบริษัทเพิ่มขึ้นจากต่ำกว่า 15% ในปี 2013 มาเป็นอันดับหนึ่งของโลกในปัจจุบัน บริษัทพยายามพิสูจน์ว่าการอัปเกรดหน่วยความจำ AI ไม่ใช่ความต้องการครั้งเดียว แต่เป็นการเปลี่ยนแปลงเชิงระบบตั้งแต่ทรานซิสเตอร์ DRAM, การเชื่อมต่อ, การยึดติด, การบรรจุภัณฑ์ ไปจนถึงการตรวจวัดและตรวจจับ

เซิร์ฟเวอร์ AI ไม่ได้ซื้อแค่ GPU การผลิตหน่วยความจำก็ยากขึ้นเช่นกัน

ในช่วงสองปีที่ผ่านมา ความสนใจของตลาดในฮาร์ดแวร์ AI ส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่ GPU และกระบวนการผลิตขั้นสูง แต่เมื่อเข้าสู่การปรับใช้คลัสเตอร์ขนาดใหญ่อย่างแท้จริง แบนด์วิดท์หน่วยความจำ การใช้พลังงาน และความหนาแน่นของการบรรจุภัณฑ์เริ่มกลายเป็นปัจจัยสำคัญที่จำกัดประสิทธิภาพของระบบโดยรวม

HBM เป็นตัวอย่างที่ชัดเจน มันเพิ่มแบนด์วิดท์ผ่านการซ้อน DRAM หลายชั้น แต่ยิ่งซ้อนสูง เวเฟอร์ก็ยิ่งบางลง ความยากในการผลิต เช่น การบิดงอ การเติมช่องว่าง การจัดตำแหน่ง และการตรวจจับข้อบกพร่องก็เพิ่มขึ้น สำหรับผู้ผลิตอุปกรณ์ นั่นหมายถึงขั้นตอนการสะสม การกัด การทำความสะอาด การขัด การยึดติด และการวัดที่มากขึ้นเข้าสู่ตลาดที่สามารถให้บริการได้

AMAT เน้นย้ำในครั้งนี้ไม่ใช่แค่อุปกรณ์จุดเดียว แต่เป็นขอบเขตการครอบคลุม ในกระบวนการ TSV ของการบรรจุภัณฑ์ HBM จาก 19 ขั้นตอนทางวิศวกรรมวัสดุ มี 15 ขั้นตอนที่ผลิตภัณฑ์ของบริษัทสามารถครอบคลุมได้ TSV เป็นกระบวนการสำคัญในการเจาะรูแนวตั้งผ่านซิลิคอนแล้วเติมโลหะเพื่อให้เกิดการเชื่อมต่อหลายชั้น และเป็นส่วนหลักเมื่อการซ้อน HBM ไปสู่จำนวนชั้นที่สูงขึ้น

ในอุปกรณ์ใหม่ Avila 2 CVD ถูกออกแบบมาเพื่อรับมือกับปัญหาการโค้งงอของเวเฟอร์ HBM DRAM ที่บางลง ส่วน Nokota VMax 2 ใช้สำหรับการเติมช่องว่างใน TSV ขนาดเล็กโดยไม่มีโพรง และ OPTA Quad CMP นำกระบวนการขัดเงาทางเคมีกลศาสตร์ในบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงมาอยู่ภายใต้การควบคุมแบบเรียลไทม์ ผลิตภัณฑ์เหล่านี้ล้วนชี้ไปที่สิ่งเดียวกัน: การอัปเกรดหน่วยความจำ AI ไม่ได้ทำให้อุปกรณ์ใดอุปกรณ์หนึ่งระเบิดขึ้นมา แต่ทำให้หลายขั้นตอนกระบวนการยากขึ้นพร้อมกัน

ห้าข้อจำกัดทางกระบวนการของ DRAM

AMAT สรุปการเปลี่ยนแปลงของ DRAM รุ่นถัดไปเป็นห้าทิศทางหลัก: การสร้างลวดลายด้วย EUV, ทรานซิสเตอร์และการเดินสายขั้นสูง, การเชื่อมต่ออาร์เรย์แบบ CMOS, ทรานซิสเตอร์แนวตั้ง 4F² DRAM และ 3D DRAM

เบื้องหลังคำศัพท์เหล่านี้คือปัญหาจริงที่ DRAM ต้องเผชิญเมื่อพยายามย่อขนาดและเพิ่มประสิทธิภาพต่อไป โครงสร้างระนาบแบบดั้งเดิมเริ่มตอบสนองความต้องการด้านความหนาแน่น การใช้พลังงาน และต้นทุนได้ยากขึ้น ผู้ผลิตหน่วยความจำจำเป็นต้องนำการสร้างลวดลายที่ซับซ้อนขึ้น การเชื่อมต่อที่ละเอียดขึ้น โครงสร้างที่มีอัตราส่วนความสูงสูงขึ้น และวิธีการซ้อนและเชื่อมต่อที่ใกล้เคียงกับชิปลอจิกมากขึ้น

การสร้างลวดลายด้วย EUV จะเพิ่มความต้องการในการกัดที่มีความแม่นยำสูง FinFET การเชื่อมต่อทองแดง และกระบวนการ epitaxy จะทำให้ทรานซิสเตอร์และการเดินสายพึ่งพาวิศวกรรมวัสดุมากขึ้น การเชื่อมต่ออาร์เรย์แบบ CMOS จะแยกการผลิตอาร์เรย์และลอจิกภายนอกออกจากกันก่อนแล้วจึงเชื่อมต่อ ทรานซิสเตอร์แนวตั้ง 4F² และ 3D DRAM จะผลักดันความท้าทายไปสู่ช่องทางซิลิคอนที่มีอัตราส่วนความสูงสูง การกัดตัวนำ และการวัดด้วยลำแสงอิเล็กตรอน

นี่คือเหตุผลที่ AMAT เน้นย้ำถึงการเปลี่ยนแปลงส่วนแบ่งตลาด DRAM ของตนเอง ในปี 2013 ส่วนแบ่งตลาดอุปกรณ์ DRAM ของบริษัทน้อยกว่า 15% แต่ปัจจุบันอ้างว่าเป็นอันดับหนึ่งของโลก หาก DRAM เปลี่ยนจากการย่อขนาดสองมิติไปสู่โครงสร้างสามมิติและโครงสร้างแบบเชื่อมต่อมากขึ้น ความครอบคลุมในด้านการสะสม การกัด epitaxy และการวัดในอดีตอาจขยายตัวต่อไป

อย่างไรก็ตาม ที่นี่ไม่ควรเข้าใจง่ายๆ ว่า "การอัปเกรดเทคโนโลยี DRAM เท่ากับส่วนแบ่งของ AMAT จะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง" จังหวะการนำโครงสร้างใหม่มาใช้ของผู้ผลิตหน่วยความจำ ความเร็วในการเพิ่มผลผลิต ข้อจำกัดด้านรายจ่ายต่อหน่วยทุน และปฏิกิริยาของคู่แข่งในด้านการกัด การสะสม และการวัด ล้วนกำหนดคำสั่งซื้อที่เกิดขึ้นจริง

บรรจุภัณฑ์จากซิลิคอนอินเทอร์โพเซอร์สู่แผงขนาดใหญ่ การเชื่อมต่อแบบผสมถูกผลักมาสู่เบื้องหน้า

นอกจาก DRAM เองแล้ว บรรจุภัณฑ์ขั้นสูงเป็นอีกสายหลักของ AMAT ในครั้งนี้

ระหว่างตัวเร่ง AI และ HBM ต้องการการเชื่อมต่อที่มีความหนาแน่นสูงขึ้นและใช้พลังงานต่ำลง โซลูชันซิลิคอนอินเทอร์โพเซอร์แบบดั้งเดิมกำลังเผชิญแรงกดดันด้านพื้นที่และต้นทุน ทิศทางที่ AMAT เสนอคือซับสเตรตระดับแผงที่มีขนาดใหญ่ขึ้น โดยขนาดจาก 310×310 มม. 510×515 มม. ไปจนถึง 600×600 มม.

ยิ่งแผงมีขนาดใหญ่ขึ้น ประโยชน์ที่อาจเกิดขึ้นคือพื้นที่การประมวลผลต่อครั้งขยายใหญ่ขึ้น ต้นทุนการบรรจุลดลง แต่ความยากในการผลิตก็เพิ่มขึ้นอย่างชัดเจน การสะสม การกัด การชุบด้วยไฟฟ้า การปรับพื้นผิวให้เรียบ และการควบคุมข้อบกพร่องบนพื้นผิวแผงขนาดใหญ่ล้วนยากที่จะรักษาความสม่ำเสมอ AMAT ได้วางแผนในด้านการพิมพ์หินดิจิทัล การสะสมไอทางกายภาพ/การสะสมไอเคมีและการกัดสำหรับแผง รวมถึงการเสริมความสามารถในการชุบด้วยไฟฟ้าทองแดงขนาดใหญ่ผ่านการซื้อกิจการ NEXX

สิ่งที่ได้รับความสนใจมากกว่าคือระบบเชื่อมประสานแบบผสม Kinex ซึ่งรวมการกระตุ้นพื้นผิวด้วยพลาสมา การทำความสะอาด การเชื่อมประสาน และการวัด AMAT เรียกมันว่าระบบเชื่อมประสานแบบผสมจากสีย้อมสู่เวเฟอร์แบบบูรณาการระบบแรกของอุตสาหกรรม คุณค่าของการเชื่อมประสานแบบผสมคือการทำให้การเชื่อมต่อระหว่างชิปแน่นขึ้น สั้นลง และประหยัดพลังงานมากขึ้น เหมาะสำหรับแนวทางการบรรจุที่ผสานหน่วยความจำแบนด์วิดท์สูงและชิปลอจิกในอนาคตอย่างใกล้ชิดยิ่งขึ้น

ในด้านการควบคุมกระบวนการ AMAT ยังเปิดตัว VeritySEM 7AP และ SEMVision G7AP ซึ่งใช้สำหรับการวัดขนาดสำคัญของแผ่นเชื่อมประสานแบบผสม TSV และไมโครบัมพ์ รวมถึงการจำแนกและตรวจสอบข้อบกพร่อง การบรรจุขั้นสูงเปลี่ยนจาก "การปิดผนึกชิป" เป็น "กระบวนการที่มีความแม่นยำสูงคล้ายการผลิตในขั้นตอนก่อนหน้า" ความสำคัญของการวัดและการตรวจจับข้อบกพร่องจึงเพิ่มขึ้นตามไปด้วย

จะซื้อหรือไม่ ยังต้องดู CAPEX และอัตราผลผลิตของลูกค้า

การประเมินเชิงบวกของ Deutsche Bank ตั้งอยู่บนสมมติฐานที่ว่า ความต้องการ AI ด้านประสิทธิภาพต่อวัตต์จะผลักดันความเข้มข้นของเงินทุนในหน่วยความจำและการบรรจุให้สูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง และ AMAT มีชุดอุปกรณ์ที่สมบูรณ์เพียงพอในด้านการสะสม การกัด CMP การเชื่อมประสาน และการวัด

นี่อธิบายว่าทำไมตลาดถึงยินดีให้ความสนใจกับผู้ผลิตอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์อย่าง AMAT อีกครั้ง หากการลงทุนใน AI หยุดอยู่แค่การจัดซื้อ GPU ห่วงโซ่ผลประโยชน์จะค่อนข้างแคบ แต่ถ้า HBM DRAM และการบรรจุขั้นสูงทั้งหมดต้องการกระบวนการและอุปกรณ์ใหม่ ผู้ผลิตอุปกรณ์จะมีส่วนร่วมในขั้นตอนที่ขยายออกไปอย่างชัดเจน

อย่างไรก็ตาม ความเสี่ยงก็ชัดเจนเช่นกัน ประการแรก การใช้จ่ายด้านทุนของลูกค้าหน่วยความจำมีวัฏจักร ความต้องการ AI ที่แข็งแกร่งไม่ได้หมายความว่าผู้ผลิต DRAM จะขยายการผลิตอย่างไม่จำกัด ประการที่สอง DRAM 3D ทรานซิสเตอร์แนวตั้ง 4F² และการเชื่อมประสานแบบผสมล้วนต้องการการยืนยันอัตราผลผลิต เส้นทางในห้องปฏิบัติการไม่เท่ากับการผลิตจำนวนมาก ประการที่สาม แม้ว่าการบรรจุระดับแผงจะมีแรงดึงดูดด้านต้นทุน แต่ความสม่ำเสมอและการควบคุมข้อบกพร่องบนพื้นผิวขนาดใหญ่ยังคงเป็นปัญหาทางอุตสาหกรรม

AMAT ได้เปลี่ยนภาพลักษณ์ของตัวเองจาก "ผู้ไล่ตามส่วนแบ่งอุปกรณ์ DRAM" เป็น "แพลตฟอร์มอุปกรณ์หลักสำหรับการอัปเกรดหน่วยความจำ AI" สิ่งที่สามารถสนับสนุนการเล่าเรื่องนี้ได้จริงต่อไปไม่ใช่จำนวนชื่อผลิตภัณฑ์ แต่เป็นว่าลูกค้านำกระบวนการใหม่เข้าสู่สายการผลิตจำนวนมากมากน้อยแค่ไหน และกระบวนการเหล่านี้จะนำมาซึ่งคำสั่งซื้อที่ยั่งยืนมากขึ้นจริงหรือไม่