一、行业开战背景
AI 大模型带动 GPU 功耗飙升，新一代旗舰 GPU 单颗功耗逼近 1000W；HBM 从 HBM4 迭代至HBM4E、HBM5，堆叠层数由 12 层迈向 16～20 层、速率升至 14～16Gbps，芯片层间、D2D PHY（HBM 与 GPU 互联层）功耗密度暴涨，传统依靠芯片本体逐层导热的方案触达物理极限，散热成为限制 HBM 性能释放、堆叠升级的核心瓶颈，三大存储巨头由比拼堆叠层数、带宽，转向热管理技术卡位竞赛，散热能力成为 HBM5 时代核心竞争力。
三星HPB散热结构图
海力士iHBM散热原理
二、三家差异化散热技术路线
1. 三星：HPB（热通路模块）内嵌导热烟囱路线（COMPUTEX 2026 正式亮相 HBM5 原型）
- 技术原理：在 DRAM 堆叠裸片之间嵌入铜基 / 硅基导热块，在封装内部搭建独立 “散热烟囱”，单独为发热最严重的 D2D PHY 开辟专属导热通道，热量直接从堆叠内核导出至封装外部散热片，绕开传统逐层导热的低效路径。
- 性能数据：铜基 HPB 实测热阻下降 16%；HPB 已在 **HBM4E（12 层、14Gbps、单栈带宽 3.6TB/s）** 完成验证，5 月底已向英伟达等客户送出工程样品；HBM5 基底裸片采用三星自研 2nm 工艺，HPB 将在 HBM5（2028 年量产）全面落地，同步布局金刚石 - 铜复合基板高端散热备选方案。
- 优势：依托 IDM 全栈（存储 + 晶圆代工 + 封装）优势，工艺与散热一体化定制优化。
三星HBM5+HPB实物展品
2. SK 海力士：iHBM 内置冷却元件方案（2026.5.26 官方发布）SK hynix Newsroom
- 技术原理：在 D2D PHY 高热区域直接嵌入ICE 硅基绝缘冷却元件，在封装内部新增独立散热通路，硅基 ICE 绝缘不干扰信号传输、导热效率优异，沿用成熟量产 MR-MUF 晶圆级封装工艺。
- 性能数据：相较传统方案整体热阻降低 30% 以上，高负载工况芯片温度下降 8～12℃，客户无需改动现有主板 / 封装设计即可兼容落地；技术优先搭载 HBM5 全系产品，同步推进单晶金刚石垫片外置散热（金刚石导热系数为铜 5 倍），用于超高端算力机型。
- 优势：封装兼容性强、改造成本低，依托 MR-MUF 存量产线快速落地量产。
3. 美光：TSV 沟槽微液冷 + 低功耗芯片双路线（差异化布局）
不走内嵌固态导热块路线，以芯片低功耗设计降发热为基础，配套自研 TSV 沟槽液冷：在硅基底内部蚀刻微米级微型流道，导热冷却液在专属 TSV 沟槽循环散热；散热 TSV 与信号 TSV 并行排布，不占用芯片有效面积，主攻中端 + 定制化液冷 AI 服务器 HBM 市场，金刚石热沉纳入下一代高端备选材料清单。
三、前沿新材料：金刚石成三方高端散热共同备选
单晶金刚石导热系数 2000~2200W/m・K（约铜 5 倍），三家均开启验证：
- SK 海力士：GPU 与 HBM 之间加装 600μm 金刚石薄片，横向疏导热点，HBM 热阻大幅降至 1mm・K/W 以内，落地进度领先；
- 三星：HPB 搭配金刚石铜复合基板，优化堆叠底部积热；
- 美光：高端 HBM 备选金刚石热沉，适配超功耗新一代 GPU 需求。
四、产业落地与市场影响
- 产品落地节奏：HBM4E 率先小批量搭载 HPB/iHBM 验证，HBM5（2027-2028 量产）将全面标配自研散热架构；
- 供应链变革：高端精密铜合金、高导热环氧塑封料、金刚石复合材料需求爆发，上游封装材料厂商迎来增量；
- 行业格局：散热技术拉开产品代差，散热能力直接决定英伟达、AMD 头部 AI 客户订单分配，成为未来存储厂商份额分水岭。
