HBM3E（High Bandwidth Memory 3E）是作為 HBM3 的 Enhanced 版本、於 2024年開始量產的第3.5代高頻寬記憶體。每1個堆疊可實現最高 1.2TB/s（相較 HBM3 的819GB/s 提升約47%）的頻寬，每1個堆疊的容量為8層堆疊24GB、12層堆疊最高 36GB。已採用於 NVIDIA H200、AMD MI325X、Google TPU v6（Trillium），是 HBM4 全面普及前、2024～2025年 AI 加速器市場的主角記憶體。
HBM3E 相對於 HBM3 的主要改善包括：（1）DRAM 堆疊層數從 8層擴大到 12層以增加容量（稱為 HBM3E 12H）、（2）縮小 TSV（矽穿孔）間距以擴大 I/O 寬度（從 1024位元進一步擴充）、（3）提升運作頻率（HBM3：819MHz→HBM3E：超過 1000MHz）、（4）改善電源效率（降低 pJ/bit）。SK 海力士在 HBM3E 量產上領先，確保了對 NVIDIA H200 的獨家供應。
NVIDIA H200 與 H100 最大的差異就在於採用 HBM3E。H100 搭載 HBM3（80GB・3.35TB/s），H200 則升級為 HBM3E（141GB・4.8TB/s），在 GPU 核心幾乎相同的情況下，達成記憶體容量 1.75倍、頻寬 1.43倍。在大規模 LLM 推論中，「GPU 記憶體容量」決定模型大小的上限，因此升級到 HBM3E 直接帶動 AI 效能提升。
HBM3E 的製造難度遠高於 HBM3，確保良率是各家最大的課題。12層堆疊 DRAM 晶粒的個別良率、TSV 形成精度、晶粒堆疊後的電性測試（KGD 篩選）以及熱管理（堆疊晶粒間的散熱設計），全都影響 HBM3E 的生產成本。SK 海力士透過率先量產累積了技術訣竅，與三星、美光的領先差距據稱為 2～3 季。
從 HBM3E 轉換到 HBM4 的時程為 2025～2026年。HBM4 計畫實現超過 1.5TB/s 的頻寬、基底晶粒的邏輯整合以及採用混合鍵合，與 HBM3E 在製程上的差異不小。隨著 AI 資料中心投資擴大，HBM 整體市場（HBM3E＋HBM4）預估在 2026年達到超過 300億美元的規模，SK 海力士、三星、美光這3家正展開激烈競爭。