高帯域幅メモリ市場 サイズと展望 2023-2031

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市場動向

世界の高帯域幅メモリ市場の牽引要因：

高帯域幅、低消費電力、そして高度にスケーラブルなメモリへのニーズの高まり

HBM規格が初めて導入されてから10年間で、2.5世代が市場に登場しました。Synopsysによると、この10年間で、データの作成、キャプチャ、コピー、消費量は、2010年の2ゼタバイトから2020年には64.2ZBに急増しました。Synopsysは、この量が2025年には約3倍の181ZBに拡大すると予測しています。HBM2は2016年に容量を256GB/s、信号速度を2Gbpsに向上させました。HBM2Eは2年後に市場に投入され、最終的に約3.6Gbpsと460GB/sのデータ速度を達成しました。

高帯域幅メモリ帯域幅は、コンピューティング性能を左右する重要な要素であり、今後もその重要性は変わりません。そのため、高度なアプリケーションに求められる帯域幅への要求は高まり続けており、パフォーマンスに対するニーズも高まっています（出典：Synopsys）。企業は、高帯域幅への高まる需要を満たすため、10GbEから40GbEへのアップグレードをサーバーに導入するかどうかを検討しています。40GbEは消費電力とケーブルコストが増加しますが、25GbEはよりコスト効率の高いスループットを提供します。コストと性能のトレードオフのバランスを取るため、25GbEはサーバー接続における優れた次世代イーサネット速度として認識されつつあります。

世界の高帯域幅メモリ市場の制約：

HBMに関連する法外な価格と設計の難しさ

製品の複雑さから、HBMは超帯域幅ソリューションの強力なバージョンと言えますが、同時にやや高価でもあります。HBM2は高価です。 GDDR5は、高歩留まりと20ドルの調整を前提とすると、これの約3倍のコストがかかります（出典：AMD Inc.）。HBMは高帯域幅と適用性においてGDDRを上回っていますが、コスト、容量、アプリケーションの複雑さという点でいくつかの欠点もあります。そのため、多くのグラフィックカードメーカーは、異なるアプリケーション領域でGDDRとHBMを実装しています。チップメーカーによると、HBM3は、既にシリコンインターポーザーを使用しているチップセットベースの設計など、インターポーザーを備えたシステムで有効であり、このことは明白です。

世界の高帯域幅メモリ市場の機会：

電子機器の小型化の高まり

電子機器や部品の小型化とも呼ばれる、より小型、軽量、高性能な電子機器への要望とニーズの高まりは、コンシューマーエレクトロニクス業界の現在のトレンドの一つです。急速な技術進歩により、様々な機能を備えた製品を単一のプラットフォームで購入することが可能になりました。メモリチップは、省スペース化と小型化のために、より小型で薄型のフォームファクタを必要としており、これは電気部品の小型化を求めるもう一つのブレークスルーです。自動運転車の高度に統合された高速アプリケーションでは、より優れた電気性能と省スペースが求められることは明らかです。最終製品の設計においてこれらの要素が重要となるため、高帯域幅メモリは高度な電子システムの構築においてより重要な役割を果たします。

近年、ADASなどの自動運転システムの発展に伴い、自動車の電動化が進み、様々な電子機器が車に搭載されています。しかし、部品を狭いスペースに収める必要がある場合が多いため、小型化とより広い帯域幅が求められます。メモリチップは、HBMに用いられる垂直スタッキング技術と、2.5Dインターポーザ技術を用いたホストシステムオンチップとの接続により、性能を損なうことなくフォームファクタの小型化を実現しています。現在、フォームファクターの制約によって制限されている高度なコンピューティングニーズに対応するため、企業はHBMテクノロジーを開発しています。

セグメント分析

世界の高帯域幅メモリ市場は、アプリケーション別にセグメント化されています。

アプリケーション別に、世界の高帯域幅メモリ市場は、サーバー、ネットワーキング、コンシューマー、車載、その他に分類されます。

サーバーセグメントは市場への最大の貢献者であり、予測期間中に25.30%のCAGRで成長すると予測されています。ハイエンド機器であるサーバーでは、レイテンシの低減に対する需要が現在高まっています。メモリウォールは、サーバーが直面する典型的な問題です。プロセッサとDRAM間のデータ移動は、メモリウォールによって示されるように、消費電力の増加とレイテンシの問題を引き起こします。HBMなどの高速DRAMを使用することで、メモリウォールの問題を解決できます。HBM技術の基盤は、メモリとロジックをより近接させることで速度を向上させ、メモリウォールの突破を支援することです。データセンターにおけるサーバー間のデータ処理速度は、データの急増により大きな懸念事項となっています。高帯域幅メモリの導入を促すもう一つの要因は、データセンターの拡張です。

半導体業界では、3Dの急速な普及が、シリコン貫通ビア（TSV）とファインピッチインターポーザー技術をベースとした積層型高帯域幅メモリの普及を特徴づけています。これらのメモリは、ネットワークにおける高密度化と高帯域幅化の課題に対処しています。ネットワークトラフィックの急激な増加とDDRメモリの帯域幅利用の制約により、ネットワークに最適なスタッキング技術の開発と実装が可能になりました。ネットワークに最適なスタッキング技術は、現在も進化を続けるHBM技術の多くの特徴の一つです。HBM技術には多様な用途とニーズがあるため、バリューチェーン全体にわたって関係者を特定し、ネットワークのパフォーマンス制約に対処する新しいソリューションを立ち上げることが可能です。

本調査分野におけるHBMのニーズは、現代のコンシューマーデバイスの高度なグラフィックス要件によって推進されています。 HBMは、人工知能や機械学習といった最先端技術の活用拡大、そして民生用デバイスへの組み込みによって実現しています。HBM開発者は、民生用ビデオカードに細心の注意を払う必要があります。グラフィックカードの容量増加とHBM技術の採用は、AMDやNvidiaなどの関係者にとって優先事項です。AMDはゲーム製品の性能向上を図るため、長年にわたりHBM技術に多額の投資を行い、2015年6月にはRadeon R9 Fury XにHBM技術を統合しました。需要と利用の増加という点から、HBM市場は予測期間中に大幅に成長すると予測されています。

ADAS統合や自動運転車の拡大などにより、高帯域幅メモリの用途は自動車業界全体に広がっています。自動車業界の発展により高性能メモリの普及が進み、高帯域幅メモリの拡大が促進されています。 2.5Dテクノロジーにより、HBMは通常のDRAMからより高度なレベルへと進化し、プロセッサにさらに近接して配置できるようになり、消費電力とRCレイテンシも低減しました。自動運転では、環境を処理・分析するために膨大なデータセットを使用します。これは自動車業界で急速に成長している分野です。事故や差し迫った悲劇を防ぐため、データ処理は非常に高速に行われます。 

地域分析

北米が世界市場を席巻

世界の高帯域幅メモリ市場は、北米、欧州、アジア太平洋、LAMEAの4つの地域に分かれています。

北米は売上高の主要貢献国であり、予測期間中に24.80%のCAGRで成長すると予想されています。北米におけるHBMの普及率が高い主な理由は、高速データ処理のために高帯域幅メモリソリューションを必要とする高性能コンピューティング（HPC）アプリケーションの急速な拡大です。クラウドコンピューティング、AI、機械学習市場の拡大は、北米におけるHPC需要を押し上げています。さらに、HPC業界はアメリカ経済に直接的な利益をもたらしています。HPCセクターは貿易収支の黒字を生み出しています。HPCシステムを構築した企業に関わらず、世界トップクラスのHPCマシンで使用されているマイクロプロセッサのほとんどは米国製です。 Microsoft、Amazon、その他の大手テクノロジー企業も米国に本社を置いています。

アジア太平洋地域は、予測期間中に年平均成長率（CAGR）25.60%で成長すると予想されています。日本ではコンピューティング能力の累積成長率が上昇傾向にあります。2019年6月から2021年6月までのスーパーコンピュータ数は、TOP500の29台から34台に増加しました。HPC Asia 2020プログラムでは、日本ではHPCシステムが一般的にデータセンター全体に展開されているにもかかわらず、特に社会科学的な目的のためのHPC専用システムの構築に重点が置かれています。この目標は、クリーンエネルギーの持続、医療、高齢化、地震や気候変動といった自然災害といった最も重要な問題を考慮することに起因しています。中国のエクサスケールシステム3つはすべて、中国製CPUをベースに設計されています。 

欧州連合（EU）は、交通事故による死亡者数を削減するため、2022年半ばからすべての新車に最先端の安全機能を搭載すると発表しました。EUは安全性と環境上の理由から、より厳格な規制基準を求める声を高めており、企業は2025年までにすべての新車に自動運転システムの搭載を義務付ける必要性が高まると予想されます。さらに、HBM市場は新たな取引や投資によって拡大すると予想されます。例えば、2020年6月、AIおよび機械学習ソフトウェアを専門とするヨーロッパの企業であるMipsologyは、XilinxのAlveo U50 データセンターアクセラレータカードの最新バージョンに、自社のZebraニューラルネットワークアクセラレーションソフトウェアを組み込むことに合意しました。

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高帯域幅メモリ市場のトップ競合他社

1. Micron Technology Inc.
2. Samsung Electronics Co. Ltd
3. SK Hynix Inc.
4. Intel Corporation
5. Fujitsu Limited
6. Advanced Micro Devices Inc.
7. Xilinx Inc.
8. Nvidia Corporation
9. Open Silicon Inc

最近の開発状況

• 2022年1月～ JEDECのウェブサイトからダウンロード可能な高帯域幅メモリ（HBM）DRAM規格が、JEDECソリッドステート技術協会（SAT）によってJESD238 HBM3に更新されました。HBM3は、グラフィックス処理、高性能コンピューティング、サーバーなどのアプリケーションにおいて、高帯域幅、低消費電力、そして面積当たりの容量がソリューションの商業的成功に不可欠なデータ処理を高速化する最先端の手法です。
• 2021年6月～ Samsungの発表によると、クラウドデータセンターを運営する顧客から、24Gb DDR5メモリソリューションの構築を依頼されたとのことです。Samsungは、このICを活用することで、サーバー向けに最大768GBの容量を持つメモリモジュールや、コンシューマー向けPC向けの大容量メモリオプションを開発できるようになります。