NVIDIAのGPU不足は今後も続く ボトルネックはHBMとTSMCの中工程か：湯之上隆のナノフォーカス（72）（5/6 ページ）

NVIDIAのGPUが足りていない。需要そのものが大きいこともあるが、とにかく供給が追い付いていない。本稿では、その要因について詳細を分析する。

[湯之上隆（微細加工研究所），EE Times Japan]

各種HBMの出荷個数およびHBMの総出荷個数

　その謎は、図11に示した各種HBMの出荷個数および合計のHBMの出荷個数の推移を見ると氷解する。

図11　各種HBMの出荷個数および全HBMの出荷個数［クリックで拡大］ 出所：Yole Intelligenceのデータを基に筆者作成

　まず、2022年までは、主にHBM2が出荷されていた。次に、NVIDIAのGPUが大ブレークした2023年には、HBM2に替わってHBM2Eが主役となった。さらに、ことし2024年から2025年にかけては、HBM3が主流となる。そして、2026〜2027年にHBM3Eの出荷個数が最多となり、2028年以降はHBM4が主役に躍り出ることになる。

　つまり、HBMは、おおむね2年の間隔で世代交代をしていくわけだ。ということは、DRAMメーカーは、微細化も1nm刻みで進める上に、HBMの規格も2年間隔で更新しなければならないことになる。

　そのため、全てのHBMの出荷個数は、図11から明らかなように、2025年以降はほとんど増えない状態になる。これはDRAMメーカーがサボっているわけではなく、彼らは全力で最先端のDRAMを生産し、これまた最先端のHBMを作らなければならないために起きている現象である。

　加えて、HBMの出荷個数が2025年以降、あまり増えない理由の一つに、HBMに積層するDRAMチップ数が増えるということもある（図12）。GPUの高性能化に合わせて、HBMのメモリ容量（GB）も増大させなければならないため、HBM内のDRAMの積層数は、HBM2とHBM2Eで4〜8枚、HBM3とHBM3Eで8〜12枚、HBM4では16枚に増えることになる。

図12　各HBMのメモリ容量（GB）およびHBM内のDRAMチップ積層数［クリックで拡大］ 出所：Yole Intelligenceのデータを基に筆者作成

　つまり、HBM2ではDRAMが4〜8枚あれば良かったが、HBM4ではその2〜4倍の16枚のDRAMが必要となる。ということは、DRAMメーカーは、HBM4の時代には、HBM2より2〜4倍ものDRAMを生産しても、HBMの出荷個数は同程度ということになってしまうわけだ。

　このように、DRAMが1nm刻みで微細化を続けること、HBMは約2年で世代交代すること、HBMに積層するDRAMが世代とともに増えていくこと、などから2025年以降、合計のHBMの出荷個数が飽和することになると予想されるのだろう。

　では、HBM不足は今後も続くのだろうか？　DRAMメーカーは、これ以上、HBMの出荷個数を増大させることができないのだろうか？

DRAMメーカーは死に物狂いでHBMを量産する

　DRAMメーカーが飛躍的にHBMの出荷個数を増やすことができない理由を説明してきたが、それでもDRAMメーカーはその限界（？）を超えて、HBMの大量生産に挑むだろう。それは、HBMの価格がとても高いからである。

　図13は、各種HBMと通常のDRAMのGB当たりの平均価格を示したグラフである。通常のDRAMも、HBMも、リリースされたときが最もGB当たりの価格が高い。その傾向は同じであるが、通常DRAMとHBMのGB当たりの価格は20倍以上も違う。なお、図13では、通常DRAMとHBMのGB当たりの平均価格を比較できるように、通常DRAMの価格を10倍にしてグラフに記載してある。

図13　各種HBMおよび通常DRAMのGB当たりの平均価格の比較［クリックで拡大］ 出所：Yole Intelligenceのデータを基に筆者作成

　リリースされた直後の最も価格が高い時で、GB当たりの価格を比較すると、通常DRAMが0.49米ドルであるのに対して、HBM2が約23倍の11.4米ドル、HBM2Eが約28倍の13.6米ドル、HBM4では30倍の14.7米ドルになる。

　さらに、図14は、各種HBMの平均価格を示したグラフである。価格が最も高い時で、HBM2が73米ドル、HBM2Eが157米ドル、HBM3が233米ドル、HBM3Eが372米ドル、HBM4は何と560米ドルにもなる。

図14　各種HBMおよび通常DRAMのGB当たりの平均価格の比較［クリックで拡大］ 出所：Yole Intelligenceのデータを基に筆者作成

　このHBMの価格がどれだけ高価かということを図15に示す。例えば、DRAMメーカーが1zプロセスで生産しているDDR5の16GBのDRAMは、せいぜい3〜4米ドルである。ところがことし（2024年）、SK hynixがリリースするHBM3Eは、その90〜120倍の361米ドルもする。

　なお、DDR（Double Data Rate）はメモリ規格のことである。データ転送速度が高速化していて、DDR5はDDR4の2倍高速に、DDR6はDDR5より2倍高速になっている。2024年は、DDR4からDDR5への切り替えの年となっており、DRAMメーカーはDDR規格も更新し続けなければならない。

図15　各種半導体のプロセス、チップサイズ、トランジスタ数（ビット数）、平均価格の比較［クリックで拡大］

　話をHBMに戻すと、HBM3Eは、TSMCの最先端3nmプロセスで生産されている最新型「iPhone 15」用の「A17 Bionic」AP（Application Processor）とほぼ同じチップサイズであるが、その価格は3.6倍も高い。先端Logicより、DRAMのHBMの方が高いのである。これは衝撃的である。そして、この高価格が故に、DRAMメーカーは、HBMの覇権を制するべく、全力で出荷個数を増やそうとするだろう。

　では、DRAMメーカー3社のロードマップを見てみよう。