文 | 硅谷101
7月10日,韩国存储芯片巨头SK海力士在纽约纳斯达克交易所正式挂牌ADR,当天股价大涨12.76%,盘中最高涨幅一度超过19%。这次IPO总共融资265亿美元,刷新了阿里巴巴保持十多年的海外企业赴美融资纪录,也成为美国历史上第二大股票发行。SK海力士的总市值由此突破1万亿美元。
如果你卡住了全世界AI的脖子,那再怎么风光也不过分。韩国媒体爆料,现在只要穿着SK海力士的工服,不管是去相亲还是逛奢侈品店,在韩国都能享受VIP待遇。
存储价格猛涨,已波及下游消费电子。手机、平板、笔记本、游戏机,全都涨价了。涨得这么离谱,甚至引发了消费者的集体诉讼。
几周前黄仁勋访韩时,他又见了SK海力士掌门人崔泰源,这是两人半年内第四次碰面,关系好得几乎像老朋友了。赴美IPO将为海力士带来AI产能扩张的资金,解决“韩国折价”问题以提升估值,同时吸引更广泛的国际投资者。
这篇文章,我们回顾一下SK海力士是怎么崛起的,背后韩国财阀与政治的玩法,HBM技术为何对AI至关重要,它与美光和三星的竞争,以及比韩剧还精彩的狗血八卦和离婚大案。
SK海力士的SK,是韩国仅次于三星的第二大财阀:SK集团。跟所有韩国财阀一样,SK起步时做的也是不起眼的生意。
1953年,创始人崔钟建接手了一家破败的纺织厂,取名鲜京纺织。刚成立时,整个厂子只有十几台纺织机,全是从战争废墟里捡来的零部件重新拼装而成。主要业务是一种半合成纤维,当时用来做床上用品。
之后二十多年,鲜京纺织开始纵向扩张,在纺织行业做了从面料到成品的垂直整合,主力产品变成从石油提炼的合成纤维。期间,鲜京收购了韩国第二大纺织企业:善日纺织。
1980年,鲜京完成公司史上最重要的一次收购,拿下了当时韩国唯一的国有炼油公司、高度垄断的大韩石油公社。韩国媒体普遍认为,这次收购是SK从纺织企业跃升为顶级财阀的关键节点。
1994年,鲜京再上一层楼,收购了韩国移动通信。这家公司当时是韩国唯一的移动通信运营商,完全垄断市场,拥有全国唯一一张移动通信网络。
至此,鲜京双剑合璧,手握能源和通信两个关键领域的垄断巨头,每年带来稳定的巨额现金流。这也是将来SK能豪赌半导体的本钱。
这两笔神奇的收购,如果类比到中国,就是一家做纺织原料的民营企业,先后收购了中国石油和中国移动。鲜京为何能蛇吞象,后面再细说。
1998年,鲜京集团正式更名为SK集团,SK就是鲜京的缩写。同年,崔泰源接任SK掌门人,一直干到今天。
先放下SK,把目光转向另一家韩国财阀:现代。
上世纪80年代,韩国政府将半导体列为战略产业,国家控制的银行向半导体行业提供巨额贷款,同时提供税收和投资激励,以此和当时占统治地位的日本企业竞争。
在这样的背景下,现代电子于1983年成立。之后几年,现代电子从无到有,建立了DRAM量产体系。
中文语境里,财阀在韩国似乎无所不能,连总统都得听他们的。现在是不是这样先不说,至少韩国的军政府时期,绝对不可能。
权小星
韩国高丽大学校长特别外事顾问
为什么一直说韩国是个非常特殊的经济体制?表面上是资本主义市场经济,但尤其在军政府时期,企业要崛起离不开政府支持。
在那个行政力大于一切的时代,政府能掌控企业命脉。甚至有个经典案例:全斗焕时期,釜山有个本地财阀叫国际集团,面对政府的捐款胁迫,它是捐款最不积极的一个,结果全斗焕一怒之下,这家公司只用了二十多天就倒闭了。
这时期的财阀,更像是韩国政府实现国家意志的工具。政府允许财阀控制国家经济命脉,同时财阀也得代表国家去参与高投入、高风险的国际产业竞争。
如果只想躺着数钱,财阀最好的选择是垄断石油和电信这类要素行业,拿着利润去投资美国资本市场,而不是搞存储。所以在AI爆发之前,存储从来不是个好生意。
建工厂、买设备、研发技术、培养工程师,都需要巨额资本投入。同时,在HBM出现之前,存储芯片是非常标准化的产品,很难做出差异化,这就必然导致存储行业的周期性。要上牌桌,前期就得有极高强度的资本开支。行业上行期扩产要烧钱,下行期更要顶着巨额亏损“逆周期投资”,只为了熬死对手。
早期的存储行业由美国企业主导,英特尔第一个产品就是SRAM,第一个商业化的DRAM产品也是英特尔做的。但美国企业注重资本效率,追求高毛利和产品差异化。日本企业崛起后,德州仪器、IBM相继退出存储行业。
美国企业退出后,统治存储行业的是五家日本企业:NEC、三菱、日立、东芝、富士通。
作为追赶者,韩国企业之后十几年持续高强度投资,把杠杆拉满。进入九十年代后,开始不断挤压日本企业的市场份额,形成三星、现代电子和LG半导体的三强格局。那时存储行业的玩家,还有从西门子拆分出来的英飞凌,和美国的独苗美光。
1996年开始,存储行业出现周期性产能过剩,价格暴跌。紧接着1997年祸不单行,亚洲金融危机爆发,负债率普遍超过300%的韩国企业面临巨大危机。
作为接受IMF援助的条件之一,1998年,韩国政府强推现代电子和LG半导体的合并。起初LG不乐意,但韩国政府威胁要断掉整个LG集团的贷款,总统发言人甚至露骨地说,合并无论如何都要进行。
权小星
韩国高丽大学校长特别外事顾问
LG的二代掌门人叫具本茂。他去世后,我听LG的人讲,具本茂一生最大的遗憾,就是LG半导体被强行推给了现代。主导这个合并案的全经联大厦在汝矣岛,LG总部的双子座大厦走过去才五分钟。但自那之后,具本茂直到去世再也没去过全经联大厦。他觉得LG之所以万年落后,就归咎于这个合并案,也是在向全经联表达不满。
1999年5月,现代电子完成21亿美元收购LG半导体的交易,自身债台高筑的同时,又继承了LG半导体的巨额债务。
不幸的是,刚完成合并的现代电子,转年又赶上互联网泡沫破裂,内存价格再次崩盘。这次,现代电子彻底撑不住了。
2001年,现代电子被拆分,更名为Hynix Semiconductor。Hynix来自现代的前两个字母和电子的后半部分,即海力士。
刚成立的海力士,一上来就是天崩开局。同年11月,已经严重资不抵债、债务数次违约的海力士被债权银行团接管。
2002年,是海力士作为独立公司最危险的时刻:美光提出以换股形式收购海力士。
这笔交易当时看上去皆大欢喜:债权银行能脱手不良资产,美光吃掉海力士就等于减少一个主要竞争对手,还能扩大市场份额。
但美光的收购方案相当苛刻。出价不是现金,而是约一亿股美光股票,当时价值约29到34亿美元。美光想买的是海力士的产能和市场份额,但不想继承全部债务,也不保证所有员工还能有工作。美光甚至要求债权银行在收购完成后继续提供新的巨额贷款。
果不其然,美光的计划遭到海力士董事会和工会的强烈反对。
董事会理由:美光价格太低,股票价格波动大,换股支付不理想。美光只买核心内存业务,其他业务部门收购后不可能存活。而且DRAM价格已开始触底反弹,公司有独立活下去的希望。
海力士工会则威胁,收购成功就发动全面罢工。半导体工厂不是说开就开、说关就关的,一旦停摆,良率和设备都会受影响,客户也会被吓跑。
尽管债权银行团还是同意了收购计划,但第二天就被海力士董事会否决,10名董事全部反对。随后,美光撤回收购,扭头转向贸易诉讼,指控韩国政府和债权银行对海力士的救助构成补贴,要求美国政府对产自韩国的DRAM产品征收惩罚性关税。不知道美光如今,有没有后悔呢?
之后,海力士经历了数次债务重组,也经历了内存价格的起起落落。从2001年独立到2011年,十年时间,债转股后的债权银行始终是海力士的大股东,直到那个男人的出现。
在这漫长的低谷期,海力士持续投资,相继推出DDR2、DDR3、GDDR、移动DRAM等产品。
2008年金融危机后,内存价格暴跌,行业开始又一次大洗牌。2009年,从英飞凌拆分出来的奇梦达破产。同年,一直想脱手海力士的债权银行公开招标,向43家韩国企业发出邀请,包括LG、现代、浦项、乐天、韩华等几乎所有韩国财阀,但最终只有一家名不见经传的公司投标,第一次尝试很快不了了之。
2010年,债权银行开始第二次招标。这次更惨,没有任何一家企业表示兴趣。
直到2011年的第三次招标,那个男人出现了。作为唯一投标方,SK以约30.5亿美元买下海力士21.1%的股份,这是SK历史上金额最高的一次收购。自此,海力士有了新主人,正式更名为SK海力士。
权小星
韩国高丽大学校长特别外事顾问
收购海力士时,韩国已在一定程度上将芯片当作下一代发展目标。相比依赖三星一家企业的单一市场,SK的参与一定能促进市场发展。韩国还有一个非常特殊的点:很多企业甚至在贷款过程中,都有国家政策性银行的身影。SK收购海力士的过程中,也有不少产业银行贷出来的钱。
又过了一年,NEC、三菱和日立的内存业务整合而成的尔必达申请破产保护,这是日本历史上最大的制造业破产案。
这时,美光又来了。也许吸取了上次教训,这次用现金为主的收购方案,并承诺保留广岛工厂的全部产能和工作机会。
2013年,美光完成对尔必达的收购。从此,内存行业形成延续至今的三星、SK海力士、美光的三巨头垄断格局。
从2012年到现在,SK海力士在战略层面做对了两次关键决策:一是围绕半导体上下游进行收购,二是押注高带宽内存,也就是HBM。
先看收购。SK集团收购了做半导体特种气体的OCI Materials,完成后更名为SK Materials。这笔收购是SK进军半导体材料领域的关键,弥补了特种气体技术空白,也为先进制程提供了关键材料支持。
SK集团还从LG手中买下硅片厂LG Siltron,完成后更名为SK Siltron。硅片是晶圆制造最基础的上游材料,这次收购让SK有了韩国本土唯一的大型半导体硅片供应商。之后,SK Siltron收购了杜邦旗下的SiC Wafer,一家做碳化硅晶圆研发与生产的公司。
2018年,SK海力士加入贝恩资本牵头、收购东芝存储的财团。东芝存储就是后来的铠侠。限于反垄断要求,SK海力士无法控股,但仍是重要战略投资者。
2020年,SK海力士以90亿美元高价,收购了英特尔的NAND和SSD业务,包括中国大连的NAND制造工厂。这次收购让SK海力士补全了之前比较薄弱的NAND和企业级SSD能力。
2022年,SK海力士收购了韩国晶圆代工厂Key Foundry,补全了成熟制程的芯片制造能力。
一系列让人眼花缭乱的收购,补全了SK在半导体生态的能力,保证了上下游原材料供给,也平滑了存储类产品天然的周期。这意味着,SK第一次能吃到存储周期之外的钱了。
把时间拨回2013年。SK海力士刚稳定下来,他们押注了一项当时极小众、未来却卡住整个AI脖子的技术:HBM。
当时公司是万年老二,不能像三星那样靠主流的DRAM和NAND就能吃饱。GPU领域的万年老二AMD,则在高端GPU上被英伟达的Maxwell压得很难受。行业老二通常有动力押注边缘技术,就这样,两个万年老二开始合作开发第一代HBM。
2015年,搭载HBM1的AMD Fiji系列显卡上市,AMD官方宣传称这是全球首款HBM显卡。
初代HBM证明了技术路线的可行性,但在商业上并不成功。整体架构落后,Fiji系列性能还是比不过英伟达的同代产品。对玩家来说,GDDR5/6已经够用,没必要用那么贵的HBM,高成本没转化成高利润。
第二代HBM在消费类GPU上依旧不成功,搭载HBM2的AMD Vega系列在功耗、成本、游戏性能上都没优势,但开始在超算和数据中心领域证明价值。更重要的是,英伟达这时也认识到了HBM的价值。
2016年推出的英伟达Tesla P100主要服务深度学习等场景,这让业内第一次达成共识:HBM在消费显卡领域不行,但很适合大规模并行计算。
第三代HBM是真正的转折点。SK海力士在2021年开发HBM3,2022年实现量产,完美契合了AI大爆发的时间点。搭载HBM3的,正是英伟达H100。
AI大模型训练需求爆发后,H100从一个高端数据中心GPU变成了全球AI基础设施的硬通货。SK海力士因为率先通过HBM3量产和认证,成为H100最关键的HBM供应商,早期甚至是唯一供应商。
2024年3月,SK海力士开始量产HBM3E,用在H200、B200等最新型号的GPU上。从HBM3开始,SK海力士和英伟达的绑定逐渐加深。
HBM不是普通DRAM,不能随便换。不同供应商的HBM在封装、热特性、功耗、信号完整性、良率上都有差异。如果换供应商,英伟达要重新验证,台积电的封装也得配合。
基于供应链安全考虑,英伟达当然需要二供和三供,但SK海力士的主供地位目前还无可取代。后面的故事大家就都知道了:绑定了英伟达的SK海力士,股价、利润、出货量、市场地位都一飞冲天。
黄仁勋访韩后,SK海力士与英伟达达成技术合作,双方将共同开发下一代内存,涵盖从Vera Rubin到Jetson Thor的各大平台。
SK海力士能紧紧绑定英伟达,稳定供货HBM是关键。但为什么HBM这么重要?又为什么SK海力士能做到领先?先来解释一下HBM的技术原理。
HBM,高带宽内存的英文缩写,和普通内存最大的区别体现在带宽上。这里说的带宽,是内存传输数据的速度,通俗讲就是内存搬运数据的速度。
其实,早就有人发现数据搬运速度追不上计算速度的现象,但之前只存在于行业工程师的抱怨中,没被行业外熟知。
直到1994年,两位美国弗吉尼亚大学的学者发表了一篇标题很直白的论文:《撞上内存墙:显而易见的后果》。这是第一次有人用“内存墙”这个词,系统描述了算力增长速度快于数据搬运速度的问题,这篇论文也是内存墙领域最著名、引用量最高的经典论文。
论文逻辑很简单,就是简单的算术:按摩尔定律,计算速度每18个月翻一倍,但内存传输速度每10年才翻一倍,算力的增长速度远高于数据搬运。按这个速度差推算,10年后CPU会把90%以上的时间花在等内存传数据上,计算能力再强也没用。
论文甚至预测,将来最终系统性能将完全由内存传输速度决定。这可以说是“一语成谶”,早在AI爆发前,全行业就撞上了内存墙。
为了凿穿内存墙,预取器、非统一内存访问、多级缓存等技术被发明出来,但以上种种本质上都是优化,只能把内存墙凿掉一点墙皮,都不解决本质问题,直到HBM出现。
对比一下现在主流的HBM3E、即将大规模铺货的HBM4,和最先进的DDR、GDDR的数据传输速度,甚至可以说,HBM的出现是这一轮AI爆发的先决条件之一。没有HBM,不管是模型的预训练,还是agent时代的推理做任务,都会慢到让最狂热的AI信仰者也失去耐心。
要了解HBM的数据传输速度为什么如此之快,我们总结了三个关键词:3D堆叠、硅通孔技术、批量回流模制底部填充。
在HBM出现前,内存是一块一块平铺在PCB电路板上,与GPU之间用铜线连接。如果把搬运数据比作运输,内存比作仓库,在HBM出现前,要把货物运到几十个仓库,但PCB板面积有限,不可能无限扩容。
3D堆叠,就是把过去只有一层的仓库建成了很多层的高楼,差不多的占地面积,存储容量是以前的好多倍。目前,最新的HBM4已经可以做到16层堆叠。
但新问题又来了:一层一层摞起来的仓库,货物怎么上下楼?这就要讲到硅通孔技术了,它就是仓库大楼里的高速电梯。
硅通孔,英文叫TSV,是在硅芯片本身上打几千个垂直穿透整个芯片的小洞,多层堆叠后用数据凸点连接,形成垂直的铜线。这样叠在一起的芯片,就能通过这些铜线直接传输数据,不用再绕芯片表面的走线了。
那十几层叠在一起的芯片,如何保证不塌?在高温工作环境下,如何保证每层的热量都能散出去?这就要用到批量回流模制底部填充技术。
MR-MUF可以分成两部分,先说前半部分MR。MR是Mass Reflow的缩写,指的是一种焊接方法。十几层堆叠的芯片,不是一层一层分别焊上去的,而是先把十几层堆叠在一起做初步固定,然后把整堆芯片一起加热,让每层之间的几千个微凸点熔化、凝固,最终连在一起。
而MUF是Molded Underfill的缩写,说的是芯片的固定方法。已经焊接好的十几层芯片,每层靠微凸点连接,但微凸点之间还有大片空隙。微凸点很小,机械强度有限。而且微凸点用铜做的,铜与硅的热膨胀系数不同,相互之间会产生热应力。如果放着空隙不填充,震动和热应力会让微凸点断裂。
Molded Underfill,就是把已经焊接好的十几层芯片整体放进一个模具里,在受控的温度和压力下,灌进去一种环氧树脂材料。等它冷却、硬化后,十几层堆叠的芯片就算是一个完整的合体了。
在我们总结的三个关键词中,硅通孔技术最早是IBM发明的,3D堆叠技术由日本、欧洲、美国多方推进,其中日本东北大学Mitsumasa Koyanagi的贡献非常突出。
而批量回流模制底部填充技术,如果放在HBM的语境下,特别是量产,那完全可以说是SK海力士最先跑通且发扬光大的。这也是在能造HBM的“御三家”中,SK海力士领先于三星和美光、能率先绑定英伟达的关键。
而三星,用的则是另一种制造工艺。三星押注的叫TC-NCF,热压非导电薄膜技术。这是一种逐片热压的工艺,与SK海力士的工艺相比,最大的不同是逐片热压,而不是一体成型。
制造时,在每一片芯片表面预先贴附一层极薄的非导电聚合物薄膜,也就是NCF。对准上下两层芯片后施加高温和压力,高温使NCF熔化流动,填满芯片间的所有空隙,压力使上下两层芯片的铜凸点穿透薄膜实现连接。就这样一层一层地重复这个过程。
热压非导电薄膜技术的优势在于:第一,芯片之间的连接层可以更薄。NCF是薄膜材料,不是后灌的液体,天然适合做很薄的层间介质。HBM整个堆栈的总高度有限,需要符合JEDEC的标准,堆叠层数多了,有利于控制高度。第二,TC-NCF是一层一层热压,每一层都能单独控制压力、温度,这对早期量产很友好,因
