Samsung et SK évaluent le moment d'adopter la liaison hybride pour la HBM

Samsung Electronics et SK Hynix approfondissent leurs réflexions sur le moment d'adopter la technologie de liaison hybride pour réaliser la prochaine génération de mémoire à large bande passante (HBM).
La raison en est que la nécessité des principaux atouts de cette technologie, la « réduction d'épaisseur » et « l'amélioration des performances de dissipation thermique », a diminué. Au sein de l'industrie, certains estiment que la nécessité d'adopter la liaison hybride réapparaîtra une fois que le nombre d'E/S (terminaisons d'entrée/sortie) dans la HBM explosera.
Selon l'industrie, le 6, des observateurs notent que le point auquel la liaison hybride sera pleinement appliquée à la prochaine génération de HBM pourrait être retardé par rapport aux attentes. Bien qu'il y ait eu des prévisions selon lesquelles la technologie de liaison hybride pourrait être appliquée à partir de la HBM4 (la sixième génération de HBM), cela ne s'est pas concrétisé en raison de facteurs tels que la difficulté technique.
Les principaux fabricants de mémoires, dont Samsung Electronics et SK Hynix, ont poursuivi leurs activités de recherche et développement (R&D) pour appliquer la liaison hybride, une technologie d'encapsulation de nouvelle génération, à la HBM. La technologie de liaison actuellement utilisée dans la production en série de HBM est la liaison par compression thermique (TC). Il s'agit d'une structure dans laquelle de fines protubérances appelées bumps et un matériau de sous-remplissage servant de support sont placés entre les DRAM, puis assemblés par la chaleur et la pression.
La liaison hybride connecte directement le câblage en cuivre de chaque DRAM. Comme elle n'utilise pas de bumps, il est plus facile de réduire l'épaisseur globale de la HBM et d'améliorer les caractéristiques de dissipation thermique et l'efficacité énergétique. Les E/S (terminaisons d'entrée/sortie) qui servent de voies de transmission de données à l'intérieur de la HBM peuvent également être connectées à une densité plus élevée.
Initialement, on s'attendait à ce que Samsung Electronics et SK Hynix appliquent la technologie de liaison hybride dès la HBM4 (la sixième génération de HBM), mais ils ont plutôt appliqué la liaison TC conventionnelle. On prévoit désormais qu'elle pourrait être adoptée à partir de la HBM4E à 16 couches (la septième génération de HBM). Le point d'application prévu a été repoussé.
La prochaine génération de HBM voit un besoin réduit de réduction d'épaisseur
Au sein de l'industrie, certains observateurs estiment également que le calendrier d'adoption de la liaison hybride pourrait être encore repoussé. La raison en est que la nécessité des avantages de la liaison hybride, à savoir l'épaisseur réduite de la HBM et l'amélioration des caractéristiques thermiques, diminue.
Dans le cas de l'épaisseur de la HBM, la norme industrielle est progressivement assouplie. La norme HBM était initialement de 720 micromètres d'épaisseur jusqu'à la HBM3E (la cinquième génération de HBM), mais elle est passée à 775 micromètres avec l'arrivée de la HBM4. Le principal moteur était que le nombre de DRAM empilées dans la HBM4 est passé de 8 et 12 couches à 12 et 16 couches.
Le Joint Electron Device Engineering Council (JEDEC) discuterait d'un plan visant à assouplir l'épaisseur de la prochaine génération de HBM empilant 20 couches, comme la HBM5, de 900 micromètres jusqu'à un maximum d'environ 1 000 micromètres. Si la norme d'épaisseur est assouplie, l'espacement entre les DRAM n'a pas besoin d'être réduit à l'extrême, ce qui peut alléger la charge sur la technologie de liaison.
Le fait que la demande de HBM à haute densité d'empilement de la part de clients clés tels que Nvidia soit repoussée est également une variable.
Un responsable A de l'industrie de la mémoire a expliqué que « les discussions sur la HBM à 16 couches entre les clients et les fabricants de mémoires ne sont pas actives pour le moment », ajoutant que « pour l'instant, il y a une forte probabilité que les produits à 12 couches restent la norme, même dans la HBM4E. »
Samsung et SK améliorent la dissipation thermique de la HBM avec un dispositif séparé, à appliquer à partir de la HBM5
La liaison hybride est également avantageuse pour améliorer les caractéristiques thermiques de la HBM car elle supprime le matériau de sous-remplissage, qui a une faible conductivité thermique.
Cependant, Samsung Electronics et SK Hynix ont récemment conçu une technologie qui peut améliorer les caractéristiques thermiques de la HBM d'une manière différente. Son cœur consiste à placer un dispositif séparé qui dissipe la chaleur à côté de la HBM. Samsung Electronics appelle cela le Heat Path Block (HPB), tandis que SK Hynix l'appelle iHBM (ICE HBM). Les deux sociétés testent la technologie pour une application dans la HBM5.
Un responsable B de l'industrie de l'encapsulation a déclaré que « la mise en œuvre d'un dispositif de dissipation thermique et son placement à côté de la puce centrale de la HBM n'est pas techniquement très difficile, il ne devrait donc y avoir aucun obstacle à la commercialisation », et que « du point de vue des fabricants de mémoires, c'est une option stable. »
« La R&D sur la liaison hybride se poursuivra »
Même ainsi, Samsung Electronics et SK Hynix devraient poursuivre leur R&D sur la liaison hybride. En effet, l'application de la liaison hybride devient avantageuse si le nombre d'E/S augmente et que la densité s'améliore dans la prochaine génération de HBM.
Par exemple, la HBM4 a été implémentée avec 2 048 E/S, soit le double de celles de la génération précédente, la HBM3E. Dans ce cas, l'espacement à l'intérieur de la HBM doit être considérablement réduit. La liaison TC est considérée comme ayant des difficultés à implémenter davantage d'E/S au-delà de ce point, car les bumps s'étendent latéralement en fondant.
Un responsable C de l'industrie de l'encapsulation a déclaré qu'« à moyen et long terme, il est question que le nombre d'E/S double à nouveau pour atteindre 4 096 à partir de la HBM5E », et que « dans ce cas, l'espacement des E/S est très étroit, donc la liaison hybride devra être appliquée. »