ハイブリッド メモリ キューブ (HMC) と高帯域幅メモリ (HBM) 市場が高性能コンピューティングにとって重要な理由は何ですか?
高速コンピューティングがハイブリッド メモリ キューブ (HMC) および高帯域幅メモリ (HBM) 市場を加速
コンピューティング ワークロードでより高速なデータ アクセスとより高いメモリ帯域幅が求められるにつれ、ハイブリッド メモリ キューブ (HMC) および高帯域幅メモリ (HBM) 市場は大きな注目を集めています。従来の DDR メモリでは、システムあたり 1 TB/秒を超える帯域幅がますます求められるようになった最新の GPU、AI アクセラレータ、高性能プロセッサに追いつくのに苦労しています。HBM は、最大 1024 ビットのインターフェイスを使用して DRAM ダイを垂直に積み重ねることでこの問題を解決し、HMC はピン数を大幅に削減したパケットベースのメモリ アクセスを導入しました。 2024年には、新規導入されるAIアクセラレータの70%以上がHBMベースのアーキテクチャを採用し、上位データセンターGPUの60%以上がHBM2またはHBM3メモリを搭載して出荷される見込みです。電力効率も重要な要素であり、HBMはDDR4と比較して、転送ビットあたりの消費電力が約45%削減されます。 AI、HPC、高度なグラフィックスの規模拡大に伴い、ハイブリッド メモリ キューブ (HMC) および高帯域幅メモリ (HBM) 市場は次世代システム設計の中心になりつつあります。
ハイブリッド メモリ キューブ (HMC) および高帯域幅メモリ (HBM) 市場の動向
ハイブリッド メモリ キューブ (HMC) および高帯域幅メモリ (HBM) 市場の動向は、より高いスタック密度、より幅広いインターフェイス、およびロジック チップとのより緊密な統合への明確なシフトを示しています。 HBM3および初期のHBM3E製品は、スタックあたりの帯域幅が800GB/秒を超えており、第1世代HBMの約256GB/秒を大幅に上回っています。2024年には、新規アクセラレータ設計の65%以上が8層以上のメモリスタックを採用し、モジュールあたり最大24GBのメモリ容量を提供する12層スタックが量産段階に入りました。高度なパッケージングも大きなトレンドであり、2.5Dインターポーザーはロジックとメモリ間の10,000を超える信号接続をサポートしています。成熟したファブではTSVの欠陥率が1平方センチメートルあたり0.6個を下回るなど、歩留まりの向上も顕著です。一方、エコシステムのサポートがほぼ完全に HBM へと移行するにつれ、HMC の使用量は減少を続け、高帯域幅の展開に占める割合は 5% 未満となっています。
ハイブリッド メモリ キューブ (HMC) と高帯域幅メモリ (HBM) 市場のダイナミクス
推進要因: AI、ハイパフォーマンス コンピューティング、データ集約型ワークロードの需要増加。
ハイブリッド メモリ キューブ (HMC) と高帯域幅メモリ (HBM) 市場の主な推進要因は、AI、機械学習、ハイパフォーマンス コンピューティング ワークロードの急速な拡大です。大規模な AI モデルのトレーニングには、ノードあたり 3 TB/秒をはるかに超えるメモリ帯域幅が必要ですが、これは DDR ベースのシステムでは効率的にサポートできないレベルです。2024 年には、ハイパースケール AI クラスターの 85% 以上が HBM メモリを搭載したアクセラレータを導入しました。 DDR5からHBMベースの設計に移行すると、メモリレイテンシが約30％改善されることが報告されています。HBMはデータ移動エネルギーを1回の操作あたり約40％削減するため、電力効率も重要な役割を果たします。これらのパフォーマンスと効率性の向上により、HBMは高度なコンピューティングシステムの好ましい選択肢となり、ハイブリッドメモリキューブ（HMC）および高帯域幅メモリ（HBM）市場の成長を直接的に促進しています。
制約：製造の複雑さとサプライチェーンの制約。
製造の複雑さは、ハイブリッドメモリキューブ（HMC）および高帯域幅メモリ（HBM）市場において依然として大きな制約となっています。積層メモリの製造には、1ミクロン未満の許容誤差で正確なTSVアライメントが必要であり、プロセスの難易度が高まります。2023年と2024年には、8層スタックを超えるHBMの量産が可能な製造施設は、世界中で10か所未満でした。 TSV欠陥密度が1平方センチメートルあたり0.8を超えると、スタッキング中の歩留まり損失が15％を超える可能性があります。基板とインターポーザの不足により生産量がさらに制限され、リードタイムが24週間を超える地域もあります。HMCは、コントローラのサポート低下とエコシステム投資の制限により、さらなる課題に直面しています。これらの制約によりスケーラビリティが制限され、システムインテグレータの供給計画が困難になり、中規模展開での採用が遅れています。
機会：高度なパッケージングとチップレットベースのアーキテクチャの拡大。
ハイブリッドメモリキューブ（HMC）と高帯域幅メモリ（HBM）市場における最大の機会は、高度なパッケージングとチップレットの統合にあります。チップレットベースの設計では、ロジックダイとメモリダイがより近接して配置されるため、相互接続長が2ミリメートル未満に短縮され、レイテンシが約25％削減されます。2024年には、高度なパッケージング能力が世界的に20％以上拡大し、2.5Dおよび3D統合製品の量産がサポートされました。新しい熱材料とアンダーフィルソリューションにより、スタックメモリはより高い電力密度でより確実に動作できるようになりました。エッジAIおよび推論システムでは、スタックあたり20W未満で動作する低容量のHBMバリアントも採用され始めています。これらの開発により、対象市場は大規模データセンターを超えて拡大し、ネットワーキング、車載コンピューティングプラットフォーム、産業用AIシステムへの機会が開かれます。
課題：熱管理と電力密度の向上。
熱管理は、ハイブリッドメモリキューブ（HMC）および高帯域幅メモリ（HBM）市場における中心的な課題です。スタックメモリ設計では、持続的なワークロード中に120 W/cm²を超える電力密度に達する可能性があります。ジャンクション温度を95℃未満に保つには、多くの場合、液体冷却または高度なベイパーチャンバーソリューションが必要です。高密度のAIサーバーでは、メモリ冷却がシステム全体の熱バジェットの約25%を占める可能性があります。これらの課題は、特に数千台のアクセラレータが継続的に稼働する大規模な展開において、コストと設計の複雑さを増大させます。長期的な信頼性とパフォーマンスを確保するには、効果的な熱対策が不可欠です。
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セグメンテーション分析
ハイブリッドメモリキューブ（HMC）および高帯域幅メモリ（HBM）市場は、タイプとアプリケーションによってセグメント化されています。タイプ別では、HBMが現在の展開を支配しているのに対し、HMCはニッチなユースケースに対応しています。アプリケーション別では、グラフィックス、高性能コンピューティング、ネットワーキング、データセンターが需要の大部分を占めています。グラフィックスとデータセンターを合わせると導入の 60% 以上を占め、HPC ではシステムあたりの帯域幅要件が最も高くなっています。この区分により、さまざまなワークロードがメモリ設計の優先順位をどのように形作るかが明らかになります。
タイプ別
- ハイブリッド メモリ キューブ (HMC): HMC は、パケットベースの通信とシリアル インターフェイスを使用して、320 GB/秒を超える帯域幅を提供するように設計されました。初期の HMC モジュールは最大 8 GB の容量をサポートし、DDR メモリと比較して信号ピンが 90% 近く削減されました。50 ナノ秒未満のレイテンシにより、HMC はネットワーク システムや防衛システムに適したものになりました。ただし、2024 年までには、エコシステム サポートが限られており、コントローラーの可用性が低下したため、HMC が高帯域幅メモリ導入に占める割合は 5% 未満になりました。
- 高帯域幅メモリ (HBM): HBM2E および HBM3 スタックは、スタックあたり 8 GB ～ 24 GB の容量と 800 GB/秒を超える帯域幅を提供します。電力効率は高く、エネルギー使用量はビットあたり約 3.5 ピコジュールです。2024 年に発売される AI アクセラレータの 90% 以上が HBM メモリを統合しており、高度なコンピューティングにおけるその中心的な役割が強化されています。
アプリケーション別
- グラフィックス: グラフィックス アプリケーションは、HBM 導入の約 45% を占めています。最新の GPU は 4 ～ 8 個の HBM スタックを統合し、合計 3 TB/秒を超える帯域幅を提供します。リアルタイム レンダリングとレイ トレーシングのワークロードでは、GDDR ベースのシステムと比較して、レイテンシが約 35% 削減されます。
- 高性能コンピューティング:エクサスケールシステムは最大16個のHBMスタックを統合し、大規模シミュレーションをサポートします。2024年に導入されたトップクラスのスーパーコンピュータの75%以上が、HBM搭載アクセラレータを採用していました。
- ネットワーク： ネットワーク機器は、パケットバッファリングとトラフィック分析にHBMを使用しています。25Tbpsを超える処理能力を持つコアスイッチは、HBMの低レイテンシの恩恵を受け、パケット処理の遅延を約20%削減します。
- データセンター： データセンターは最大の導入規模を誇ります。AIサーバーには、ノードあたり128GBを超えるHBMが搭載されていることが多く、大規模な推論とトレーニングを可能にします。アクセラレータを多用するシステムで DDR を HBM に置き換えると、ラックレベルの電力効率が約 18% 向上します。
地域別展望
- 北米: 北米は、ハイブリッド メモリ キューブ (HMC) および高帯域幅メモリ (HBM) 市場で約 38% と最大のシェアを占めています。この地域で導入されている AI アクセラレータの 65% 以上が HBM メモリを使用しています。米国には、それぞれ 10,000 個を超える GPU を備えた HBM ベースのクラスターを運用しているハイパースケール データセンターが 30 か所以上あります。
- ヨーロッパ: ヨーロッパは、HPC および研究インフラストラクチャが牽引し、世界の活動の約 26% を占めています。20 か所を超える国立スーパーコンピューティング センターが HBM ベースのシステムを運用しています。エネルギー効率の高いメモリ設計は優先事項であり、HBMはHPC環境におけるシステムの消費電力を最大30%削減します。
- アジア太平洋地域： アジア太平洋地域は市場の約28%を占め、製造業の大部分を占めています。この地域は世界のHBMウェーハの80%以上を生産しています。クラウドプロバイダーの容量拡大に伴い、AIサーバーへの採用は2024年に約33%増加すると予想されています。
- 中東およびアフリカ地域： 中東およびアフリカ地域は市場の約8%を占めています。 50MWを超える大規模データセンター プロジェクトでは、主にAI推論および分析ワークロード向けに、HBMベースのアクセラレータが採用されています。
主要なハイブリッド メモリ キューブ (HMC) および高帯域幅メモリ (HBM) 市場の企業プロファイル
- Samsung
- AMD
- SK Hynix
- Micron
最高シェアの上位企業
- Samsung: 世界のHBMウェーハ生産の40%以上を占めています。複数のTSV対応工場を運営し、800GB/sを超える帯域幅のHBM3スタックを供給しています。
- SK Hynix: HBM出荷の約35%を占めています。 24 GB の容量を持つ 12 層 HBM スタックを初めて商品化し、AI アクセラレータ ベンダーの 70% 以上にメモリを供給しています。
レポート全文は、こちらでご覧いただけます: https://www.globalgrowthinsights.com/jp/market-reports/hybrid-memory-cube-hmc-and-high-bandwidth-memory-hbm-market-101011
投資分析と機会
高度なコンピューティングの需要が加速するにつれ、ハイブリッド メモリ キューブ (HMC) および高帯域幅メモリ (HBM) 市場への投資は増加し続けています。メモリメーカーは、2024年の設備投資予算の25％以上をTSV、インターポーザ、および高度パッケージング技術に割り当てました。政府は国内の半導体生産を支援し、特定の地域で機器コストの最大30％を負担しました。データセンター事業者はHBMベースのシステムに多額の投資を行い、サイトあたり1,000ノードを超えるクラスターを導入しました。また、200 W/cm²を超える放熱が可能なソリューションを提供する熱管理の新興企業へのベンチャー資金も増加しました。これらの投資はサプライチェーンを強化し、長期的な生産能力を拡大します。
新製品開発
ハイブリッドメモリキューブ（HMC）および高帯域幅メモリ（HBM）市場における新製品開発は、より高い帯域幅と効率性の向上に重点を置いています。HBM3E製品は、ピンあたり9.2 Gbpsを超えるデータレートをサポートします。メモリスタックは、12個のDRAMダイを使用して24 GBの容量に達します。動作電圧は1.1 V近くまで低下し、エネルギー効率が向上しました。統合ヒートスプレッダーによりピーク温度が約 12 ℃ 低下しました。推論用に最適化されたカスタム HBM バリアントは、スタックあたり 15 W 未満で動作し、より広範な導入をサポートします。
最近の開発
- 大手メモリメーカーは、2023 年に 12 層 HBM スタックの量産を開始し、スタックあたりの容量を 24 GB に増加しました。
- HBM3E サンプルは、2024 年初頭のテストでスタックあたり 900 GB/秒を超える帯域幅を実現しました。
- 高度な TSV ラインは、成熟したファブで 85% を超える歩留まりを達成しました。
- ノードあたり 5 TB/秒を超える帯域幅を持つ AI クラスターが、ハイパースケール データ センターに導入されました。
- 12,000 を超える接続をサポートする新しいインターポーザー設計が生産に入りました。
ハイブリッドメモリキューブ（HMC）および高帯域幅メモリ（HBM）市場のレポート範囲
このレポートでは、ハイブリッドメモリキューブ（HMC）および高帯域幅メモリ（HBM）市場について、タイプ、アプリケーション、地域別のセグメント化を含め、詳細に説明しています。4層から12層構成のメモリスタック設計と、256 GB/sから900 GB/sを超える帯域幅クラスを調査しています。地域分析では、北米、欧州、アジア太平洋、中東およびアフリカが世界全体の活動の8%から38%を占めていることを説明しています。企業プロファイルでは、生産能力、技術的リーダーシップ、市場でのポジショニングを評価しています。100を超える表とグラフでは、帯域幅の増加、電力効率の改善、展開密度などの指標が強調されており、2026年から2035年にかけてこの市場がどのように進化していくかを明確に示しています。
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