Samsung và SK Cân Nhắc Thời Điểm Áp Dụng Kết Nối Hybrid Cho HBM

Samsung Electronics và SK Hynix đang đẩy mạnh các cuộc thảo luận về thời điểm áp dụng công nghệ kết nối hybrid để hiện thực hóa thế hệ bộ nhớ băng thông cao (HBM) tiếp theo.
Nguyên nhân là nhu cầu về các ưu điểm chính của công nghệ này, "giảm độ dày" và "cải thiện hiệu suất tản nhiệt", đã giảm bớt. Trong ngành, có quan điểm cho rằng sự cần thiết của việc áp dụng kết nối hybrid sẽ trỗi dậy khi số lượng I/O (cổng đầu vào/đầu ra) trong HBM bùng nổ.
Theo thông tin từ ngành công nghiệp vào ngày 6, có những quan sát rằng thời điểm kết nối hybrid được áp dụng đầy đủ cho HBM thế hệ tiếp theo có thể bị trì hoãn so với kỳ vọng. Mặc dù trước đây từng có dự báo rằng công nghệ kết nối hybrid có thể được áp dụng từ HBM4 (thế hệ thứ sáu của HBM), nhưng điều này đã không thành hiện thực do các yếu tố như độ khó kỹ thuật.
Các công ty bộ nhớ lớn bao gồm Samsung Electronics và SK Hynix đã tiếp tục nghiên cứu và phát triển (R&D) để áp dụng kết nối hybrid, một công nghệ đóng gói thế hệ tiếp theo, cho HBM. Công nghệ kết nối hiện đang được sử dụng trong sản xuất hàng loạt HBM là kết nối ép nhiệt (TC). Đó là một cấu trúc trong đó các phần nhô nhỏ gọi là bump và vật liệu đệm lót (underfill) làm nhiệm vụ hỗ trợ được đặt giữa các DRAM, sau đó được kết nối với nhau bằng nhiệt và áp suất.
Kết nối hybrid nối trực tiếp hệ thống dây đồng của từng DRAM. Vì không sử dụng bump, nó giúp dễ dàng giảm độ dày tổng thể của HBM và có thể cải thiện đặc tính tản nhiệt cũng như hiệu suất năng lượng. Các I/O (cổng đầu vào/đầu ra) đóng vai trò là đường truyền dữ liệu bên trong HBM cũng có thể được kết nối với mật độ cao hơn.
Ban đầu, Samsung Electronics và SK Hynix được kỳ vọng sẽ áp dụng công nghệ kết nối hybrid sớm nhất là từ HBM4 (thế hệ thứ sáu của HBM), nhưng họ đã áp dụng kết nối TC thông thường thay vào đó. Hiện tại có dự báo rằng nó có thể được áp dụng từ HBM4E 16 lớp (thế hệ thứ bảy của HBM). Thời điểm dự kiến áp dụng đã bị đẩy lùi.
HBM Thế Hệ Tiếp Theo Chứng Kiến Nhu Cầu Giảm Độ Dày Đã Giảm
Trong ngành, cũng có những quan sát rằng thời điểm áp dụng kết nối hybrid có thể bị đẩy lùi thêm nữa. Nguyên nhân là sự cần thiết của các lợi thế của kết nối hybrid, cụ thể là giảm độ dày HBM và cải thiện đặc tính nhiệt, đang giảm dần.
Trong trường hợp độ dày của HBM, tiêu chuẩn ngành đang dần được nới lỏng. Tiêu chuẩn HBM ban đầu là 720 micromet độ dày cho đến HBM3E (thế hệ thứ năm của HBM), nhưng đã được nâng lên 775 micromet với sự ra đời của HBM4. Động lực chính là số lớp DRAM xếp chồng trong HBM4 đã tăng từ 8 lớp và 12 lớp trước đó lên 12 lớp và 16 lớp.
Hội đồng Kỹ thuật Thiết bị Điện tử Liên hợp (JEDEC) được biết là đang thảo luận về kế hoạch nới lỏng độ dày của HBM thế hệ tiếp theo xếp chồng 20 lớp, chẳng hạn như HBM5, từ 900 micromet lên tới tối đa khoảng 1.000 micromet. Nếu tiêu chuẩn độ dày được nới lỏng, khoảng cách giữa các DRAM không cần phải giảm đến mức tối thiểu, điều này có thể giảm bớt áp lực lên công nghệ kết nối.
Thực tế là nhu cầu về HBM nhiều lớp từ các khách hàng chủ chốt như Nvidia đang bị đẩy lùi cũng là một biến số.
Một quan chức A của ngành bộ nhớ giải thích rằng "các cuộc thảo luận về HBM 16 lớp giữa khách hàng và các nhà sản xuất bộ nhớ hiện không diễn ra tích cực" và cho biết thêm rằng "hiện tại, có khả năng cao là các sản phẩm 12 lớp sẽ vẫn là chủ đạo ngay cả trong HBM4E."
Samsung và SK Cải Thiện Tản Nhiệt HBM Bằng Thiết Bị Riêng, Sẽ Áp Dụng Từ HBM5
Kết nối hybrid cũng có lợi cho việc cải thiện đặc tính nhiệt của HBM vì nó loại bỏ vật liệu đệm lót (underfill) có độ dẫn nhiệt thấp.
Tuy nhiên, Samsung Electronics và SK Hynix gần đây đã phát triển công nghệ có thể cải thiện đặc tính nhiệt của HBM theo một cách khác. Cốt lõi của nó là đặt một thiết bị riêng biệt có chức năng tản nhiệt bên cạnh HBM. Samsung Electronics gọi đây là Khối Đường Dẫn Nhiệt (HPB), trong khi SK Hynix gọi là iHBM (ICE HBM). Cả hai công ty đang thử nghiệm công nghệ này để ứng dụng trong HBM5.
Quan chức B của ngành đóng gói cho biết "việc triển khai một thiết bị tản nhiệt và đặt nó bên cạnh lõi HBM về mặt kỹ thuật không quá khó khăn, vì vậy sẽ không có trở ngại nào cho việc thương mại hóa" và "từ quan điểm của các công ty bộ nhớ, đó là một lựa chọn an toàn."
"Nghiên Cứu Và Phát Triển Kết Nối Hybrid Sẽ Tiếp Tục"
Dù vậy, Samsung Electronics và SK Hynix dự kiến sẽ tiếp tục nghiên cứu và phát triển kết nối hybrid của họ. Điều này là do việc áp dụng kết nối hybrid trở nên có lợi nếu số lượng I/O tăng lên và mật độ được cải thiện trong HBM thế hệ tiếp theo.
Ví dụ, HBM4 được triển khai với 2.048 I/O, gấp đôi so với thế hệ trước HBM3E. Trong trường hợp này, khoảng cách bên trong HBM phải được thu hẹp đáng kể. Kết nối TC được đánh giá là khó triển khai thêm I/O nào ngoài mức này, vì các bump lan rộng sang hai bên khi chúng tan chảy.
Quan chức C của ngành đóng gói tuyên bố rằng "trong trung và dài hạn, có các cuộc thảo luận rằng số lượng I/O sẽ lại tăng gấp đôi lên 4.096 bắt đầu từ HBM5E" và "trong trường hợp này, khoảng cách I/O rất hẹp, do đó kết nối hybrid sẽ cần được áp dụng."