HBMとは

HBMは、パソコンやサーバーの主記憶と同じ種類のメモリーであるDRAMのチップでできている。違うのはチップの積み方と置き場所だ。DRAMのチップを8層、12層、16層などと縦に積み重ね、多くの製品では最も下に「ベースダイ」と呼ぶ制御用のロジックチップを置く。チップ同士は、上下に貫くシリコン貫通電極 (TSV) と、マイクロバンプと呼ぶ微小な突起状の電極でつなぐ。米マイクロン・テクノロジーは、数千のTSVとマイクロバンプでチップ同士をつなぐと説明している。

HBMは、GPUなど演算用の半導体と並べて、インターポーザと呼ぶ中間基板の上に載せ、1つのパッケージに収める。マイクロンは、このインターポーザにシリコン製のものを使うと説明している。台湾積体電路製造 (TSMC) のCoWoSは、GPUとHBMをこの形で1つのパッケージにまとめる実装技術の1つである。

層を増やせば容量は増えるが、厚みが増す。韓国SKハイニックスは2024年9月、12層のHBM3Eの量産を始めたと発表した。8層品と同じ厚さに収めるため、DRAMのチップを従来より40%薄くしたという。容量は3GBのチップ12枚で36GBとなり、それまでのHBM3Eで最大だった24GB (3GBのチップ8枚) を上回った。

メモリーのデータ転送速度 (帯域幅) は、データ線の本数と1本あたりの速さの掛け算で決まる。HBMは本数を極端に増やした。半導体の業界標準を定めるJEDEC (ジェデック) の規格では、一度にやり取りできるデータの幅は、HBM2が1,024ビット、HBM4が2,048ビットだ。HBM3も、チャネルの数と1チャネルの幅から計算すると1,024ビットになる。幅1ビットがデータ線1本にあたり、命令やクロックを送る線はこれとは別にある。

ほかのメモリーと比べると差は大きい。画像処理向けのGDDR6は、JEDECの規格でチップ1個が16ビットのチャネルを2つ持ち、幅は合わせて32ビットだ。マイクロンによると、HBMの1,024ビットは標準的なDDR5のモジュールの16倍の幅にあたる。

HBM3はデータ線1本あたり最大毎秒6.4ギガビットで、1,024本分を合計してバイトに換算すると、1個 (積み重ねた1組で、スタックと呼ぶ) あたり毎秒約819ギガバイトになる。JEDECが発表した値と一致する。HBM4は2,048本がそれぞれ最大毎秒8ギガビットで、合計は最大で毎秒約2テラバイトになる。

JEDECは、HBMが演算用のチップと近接し、幅の広い接続でつながることで、高速化と低消費電力を両立すると説明している。

SKハイニックスは、2013年に世界で初めてHBMを発売したとしている。HBMはその後、HBM2、HBM2E、HBM3、HBM3E、HBM4と世代を重ねてきた。下の表は、HBM2・HBM3・HBM4はJEDECの規格の値、HBM3EはSKハイニックスの製品の値を示す。

(出所: JEDECの発表文と規格のページ、SKハイニックスの発表文。HBM2の1本あたりの速さは毎秒256GBと1,024ビットから、HBM3のデータの幅はチャネル16個と1チャネル64ビットから当サイトが計算。HBM3Eのデータの幅は、HBM4の入出力端子2,048本が前世代の2倍とするSKハイニックスの発表から当サイトが計算。HBM3Eの転送速度は、データの幅1,024ビットと1本あたり毎秒9.6ギガビットから当サイトが計算)

JEDECによると、HBM4では独立したチャネルの数がHBM3の16から32に倍増し、データの幅は2,048ビットになった。HBM3向けの制御回路との互換性も保っている。

製品の速さは、規格の上限を上回り始めている。SKハイニックスは2025年9月、HBM4の開発を完了し量産の準備を整えたと発表した。データ線1本あたりの速さは毎秒10ギガビット超で、2025年4月に公表されたJEDECの規格の上限 (毎秒8ギガビット) を上回るとした。マイクロンは2025年6月にHBM4の12層品 (36GB) のサンプル出荷を発表した。2026年10月時点の製品ページでは、1本あたり毎秒11ギガビット超、1スタックあたり毎秒2.8テラバイト超とし、HBM4の12層品 (36GB) を量産しているとしている。

HBMはDRAMの一種で、記憶の仕組みはパソコンの主記憶と変わらない。違うのは、チップの積み方、演算用の半導体との距離、データの幅である。

(出所: JEDECの規格のページ、マイクロンの製品ページ)

容量を増やす方法は、積む層を増やすか、1枚のチップの容量を上げるかである。JEDECのHBM4の規格は、1枚32ギガビットのチップを16層積んで最大64GBとしている。DRAMそのものの仕組みはDRAMの用語解説で、演算用の半導体がメモリーからの読み出しを待つ構造は体系解説の基盤構成 (アーキテクチャ) の章で取り上げた。

HBMはSKハイニックスやマイクロンなどのメモリー大手が生産する。日本の材料メーカーや製造装置メーカーも、HBM向けの製品やHBMに関わる需要を開示している。各社が自ら開示した内容は次のとおり。

(出所: 各社の発表文、製品ページ、決算資料)

精密加工装置のディスコは、2026年7月の決算短信で、先端ロジックやHBMなどの高性能半導体向けの需要が高い水準で推移したと記した。自社の装置とHBMの関係には触れていない。

ベースダイの製法と接合方式の変化は、半導体の学会ホットチップスでのHBMの発表を検証した記事で取り上げた。顧客ごとのHBM需要の見通しは、2028年のHBM需要の記事で扱った。HBMとCoWoS、基板がAIサーバーの供給をどう制約するかは、AI半導体の供給制約の記事で扱った。

HBMとは何の略か

High Bandwidth Memoryの略で、日本語では広帯域メモリーと呼ぶ。DRAMのチップを縦に積み、演算用の半導体の隣に置いて、多数のデータ線でつなぐメモリーである。

HBMとDRAMの違いは

HBMもDRAMの一種で、記憶の仕組みはパソコンなどの主記憶に使うDRAMと同じである。違いはチップの積み方とデータの幅で、HBMはDRAMのチップを縦に積み、1スタックあたり1,024ビット (HBM4は2,048ビット) の幅で演算用の半導体とつなぐ。マイクロンは、この幅を標準的なDDR5のモジュールの16倍と説明している。

HBM3EとHBM4の違いは

HBM4はデータの幅を1,024ビットから2,048ビットに広げた。1スタックあたりのデータ転送速度は、SKハイニックスのHBM3Eが毎秒約1.2テラバイト (データ線1本あたり毎秒9.6ギガビットから当サイトが計算) で、HBM4はJEDECの規格の上限で毎秒2テラバイトとなる。SKハイニックスやマイクロンは、規格の上限を上回る速さの製品を発表している。

HBMに関わる日本企業は

HBMのチップを積むための接着フィルムを手がけるレゾナック、樹脂で封止する圧縮成形装置のTOWA、検査装置のアドバンテストが、自社の開示でHBMとの関わりを説明している。