Samsung и SK оценивают сроки внедрения гибридного соединения для HBM

Samsung Electronics и SK Hynix углубляют обсуждения относительно того, когда внедрять технологию гибридного соединения для реализации высокопроизводительной памяти следующего поколения (HBM).
Причина в том, что необходимость в ключевых преимуществах технологии — «уменьшении толщины» и «улучшении рассеивания тепла» — снизилась. В отрасли существует мнение, что необходимость внедрения гибридного соединения вновь возникнет, когда количество I/O (входных/выходных терминалов) в HBM резко возрастет.
По данным отрасли от 6-го числа, есть наблюдения, что момент полного внедрения гибридного соединения в HBM следующего поколения может быть отложен относительно ожиданий. Хотя ранее были прогнозы, что технология гибридного соединения может быть применена начиная с HBM4 (шестого поколения HBM), этого не произошло из-за таких факторов, как техническая сложность.
Крупные компании-производители памяти, включая Samsung Electronics и SK Hynix, продолжали исследования и разработки (R&D) для применения гибридного соединения, технологии упаковки следующего поколения, в HBM. Технология соединения, используемая в настоящее время в массовом производстве HBM, — это термокомпрессионное (TC) соединение. Это структура, в которой между DRAM и DRAM размещаются мелкие выступы, называемые бампами, и материал подложки (underfill), служащий опорой, после чего они соединяются с помощью тепла и давления.
Гибридное соединение напрямую соединяет медную проводку каждой DRAM. Поскольку оно не использует бампы, это упрощает уменьшение общей толщины HBM и может улучшить характеристики рассеивания тепла и энергоэффективность. I/O (входные/выходные терминалы), которые служат путями передачи данных внутри HBM, также могут быть соединены с более высокой плотностью.
Изначально ожидалось, что Samsung Electronics и SK Hynix применят технологию гибридного соединения уже в HBM4 (шестом поколении HBM), но вместо этого они применили обычное TC-соединение. Теперь есть прогнозы, что оно может быть внедрено начиная с 16-слойной HBM4E (седьмого поколения HBM). Ожидаемый момент внедрения был отодвинут.
Снижение необходимости в уменьшении толщины для HBM следующего поколения
Внутри отрасли также есть наблюдения, что сроки внедрения гибридного соединения могут быть отодвинуты еще дальше. Причина в том, что необходимость в преимуществах гибридного соединения, а именно в уменьшении толщины HBM и улучшении тепловых характеристик, снижается.
В случае толщины HBM отраслевой стандарт постепенно смягчается. Стандарт HBM изначально составлял 720 микрометров толщины до HBM3E (пятого поколения HBM), но с появлением HBM4 он был увеличен до 775 микрометров. Основной движущей силой стало увеличение количества слоев DRAM в HBM4 с предыдущих 8 и 12 слоев до 12 и 16 слоев.
Совет по инженерному проектированию электронных устройств (JEDEC), как известно, обсуждает план по смягчению требований к толщине для HBM следующего поколения, которые имеют 20 слоев, например HBM5, с 900 микрометров до максимум около 1000 микрометров. Если стандарт толщины будет смягчен, расстояние между DRAM не нужно будет уменьшать до предела, что может снизить нагрузку на технологию соединения.
Тот факт, что спрос на многослойные HBM со стороны ключевых клиентов, таких как Nvidia, откладывается, также является переменной.
Один из представителей отрасли памяти, А, пояснил, что «обсуждения 16-слойного HBM между клиентами и производителями памяти в настоящее время ведутся неактивно», добавив, что «на данный момент есть высокая вероятность того, что 12-слойные продукты останутся основными даже в HBM4E».
Samsung и SK улучшают отвод тепла HBM с помощью отдельного устройства, которое будет применяться начиная с HBM5
Гибридное соединение также выгодно для улучшения тепловых характеристик HBM, поскольку оно устраняет материал подложки (underfill), который имеет низкую теплопроводность.
Однако Samsung Electronics и SK Hynix недавно разработали технологию, которая позволяет улучшить тепловые характеристики HBM другим способом. Суть ее заключается в размещении отдельного устройства, отводящего тепло, рядом с HBM. Samsung Electronics называет это блоком теплового пути (HPB), а SK Hynix — iHBM (ICE HBM). Обе компании тестируют эту технологию для применения в HBM5.
Представитель упаковочной отрасли B заявил: «Реализовать устройство отвода тепла и разместить его рядом с основным кристаллом HBM технически не очень сложно, поэтому препятствий для коммерциализации быть не должно» и «с точки зрения производителей памяти это стабильный вариант».
«Исследования и разработки гибридного соединения будут продолжены»
Несмотря на это, ожидается, что Samsung Electronics и SK Hynix продолжат свои исследования и разработки в области гибридного соединения. Это связано с тем, что применение гибридного соединения становится выгодным, если количество I/O увеличивается, а плотность улучшается в HBM следующего поколения.
Например, HBM4 был реализован с 2048 I/O, что вдвое больше, чем у предыдущего поколения HBM3E. В этом случае расстояние внутри HBM должно быть значительно сужено. TC-соединение оценивается как неспособное реализовать дальнейшее увеличение I/O, поскольку бампы расплываются в стороны при плавлении.
Представитель упаковочной отрасли C заявил: «В среднесрочной и долгосрочной перспективе ведутся обсуждения того, что количество I/O снова удвоится до 4096, начиная с HBM5E» и «в этом случае расстояние между I/O будет очень маленьким, поэтому потребуется применять гибридное соединение».