Công nghệ đóng gói HBM thay đổi: Samsung và SK Hynix cùng nhau trì hoãn việc áp dụng HBM hybrid bonding.

Samsung Electronics và SK Hynix đang đánh giá lại lộ trình áp dụng công nghệ lai ghép (hybrid bonding) trong lĩnh vực bộ nhớ băng thông cao (HBM). Khi tiêu chuẩn độ dày HBM dần được nới lỏng và các giải pháp thay thế cho vấn đề tản nhiệt xuất hiện, công nghệ đóng gói thế hệ tiếp theo vốn được kỳ vọng cao này đã liên tục bị lùi thời điểm thương mại hóa.

Theo báo cáo của ZDNet Korea (Hàn Quốc) hôm thứ Hai, các nhà quan sát trong ngành chỉ ra rằng thời điểm công nghệ lai ghép được ứng dụng toàn diện vào HBM thế hệ tiếp theo có thể muộn hơn dự kiến trước đây. Hai công ty ban đầu dự kiến áp dụng công nghệ này sớm nhất vào HBM4 (HBM thế hệ thứ sáu), nhưng cuối cùng vẫn sử dụng phương pháp hàn kết hợp truyền thống (TC bonding).

Hiện tại, ngành công nghiệp dự đoán thời điểm áp dụng lai ghép có thể bị hoãn sang HBM4E 16 lớp (HBM thế hệ thứ bảy), và một số người trong ngành cho rằng thời gian thực tế có thể còn bị lùi xa hơn nữa.

Sự thay đổi này tác động trực tiếp đến chuỗi cung ứng HBM và các nhà sản xuất thiết bị đóng gói liên quan. Việc trì hoãn công nghệ lai ghép đồng nghĩa với việc kéo dài vòng đời của quy trình TC bonding hiện tại, đồng thời nhịp độ đầu tư vốn cho thiết bị và vật liệu lai ghép cũng sẽ được điều chỉnh theo.

Tiêu chuẩn độ dày được nới lỏng, lợi thế cốt lõi của lai ghép bị suy yếu

Ưu điểm chính của công nghệ lai ghép là không cần cấu trúc bump (nút), có thể kết nối trực tiếp dây đồng giữa các lớp DRAM, từ đó dễ dàng nén tổng độ dày của HBM, đồng thời cải thiện hiệu suất tản nhiệt và hiệu quả năng lượng. Tuy nhiên, tính cấp thiết của những ưu điểm trên đang giảm dần.

Tiêu chuẩn độ dày của ngành HBM đã có xu hướng nới lỏng dần. Độ dày tiêu chuẩn của HBM ở HBM3E (thế hệ thứ năm) là 720 micron, nhưng khi chuyển sang HBM4 đã được điều chỉnh tăng lên 775 micron, chủ yếu do số lớp xếp chồng tăng từ 8 lớp, 12 lớp lên 12 lớp, 16 lớp. Được biết, tổ chức tiêu chuẩn hóa bán dẫn quốc tế JEDEC hiện đang thảo luận về việc nới lỏng giới hạn độ dày tối đa của các sản phẩm xếp chồng 20 lớp như HBM5 từ 900 micron lên khoảng 1000 micron. Một khi ràng buộc về độ dày được nới lỏng, khoảng cách giữa các lớp DRAM không cần phải nén đến giới hạn, và áp lực kỹ thuật lên TC bonding cũng sẽ giảm bớt tương ứng.

Đồng thời, lộ trình nhu cầu đối với HBM xếp chồng cao từ các khách hàng cốt lõi như NVIDIA cũng bị dịch chuyển về phía sau. Một nguồn tin trong ngành bộ nhớ ký hiệu A cho biết, "Hiện tại, các cuộc thảo luận giữa khách hàng và nhà sản xuất bộ nhớ về HBM 16 lớp không diễn ra sôi nổi, cho đến nay, ngay cả trong HBM4E, sản phẩm 12 lớp rất có khả năng tiếp tục chiếm ưu thế."

Giải pháp thay thế tản nhiệt xuất hiện, hai công ty tìm hướng đi riêng

Cải thiện hiệu suất tản nhiệt là một điểm bán hàng lớn khác của lai ghép – loại bỏ vật liệu lấp đầy đáy (underfill) có hệ số dẫn nhiệt thấp giúp nâng cao đặc tính nhiệt của HBM. Nhưng Samsung Electronics và SK Hynix đã phát triển các công nghệ thay thế tản nhiệt không phụ thuộc vào lai ghép.

Cốt lõi của giải pháp từ cả hai công ty là tích hợp thêm một bộ phận tản nhiệt độc lập bên cạnh chip lõi HBM. Samsung Electronics đặt tên cho nó là Mô-đun Đường dẫn Nhiệt (Heat Path Block, HPB), trong khi SK Hynix gọi là iHBM (ICE HBM). Cả hai công ty hiện đang thử nghiệm ứng dụng công nghệ trên cho HBM5.

Một nguồn tin trong ngành đóng gói cho biết, "Việc bố trí bộ phận tản nhiệt bên cạnh chip lõi HBM về mặt kỹ thuật không khó, thương mại hóa không có trở ngại, và từ góc nhìn của các công ty bộ nhớ, đây là một lựa chọn ổn định."

Nút thắt mật độ I/O có thể trở thành động lực cuối cùng cho lai ghép

Mặc dù lộ trình áp dụng ngắn hạn bị lùi lại, công tác nghiên cứu và phát triển về lai ghép của Samsung Electronics và SK Hynix dự kiến vẫn sẽ tiếp tục được đẩy mạnh. Động lực đến từ nhu cầu tăng trưởng bùng nổ về mật độ I/O trong lộ trình tiến hóa dài hạn của HBM.

HBM4 đã tăng gấp đôi số lượng I/O từ 1024 của HBM3E lên 2048, do đó khoảng cách bên trong HBM thu hẹp đáng kể. TC bonding bị cho là khó có thể hỗ trợ việc thực hiện I/O mật độ cao hơn do hiện tượng khuếch tán ngang khi các bump nóng chảy. Một nguồn tin trong ngành đóng gói ký hiệu C chỉ ra, "Trong trung và dài hạn, ngành công nghiệp đang thảo luận về việc tăng gấp đôi số lượng I/O lên 4096 bắt đầu từ HBM5E, lúc đó khoảng cách I/O cực kỳ chặt chẽ, và lai ghép sẽ trở thành lựa chọn cần thiết."

Điều này có nghĩa là công nghệ lai ghép không bị từ bỏ, mà chỉ bị trì hoãn – cửa sổ thương mại thực sự của nó có thể sẽ mở lại khi mật độ I/O vượt ngưỡng tới hạn trong quá trình tiến hóa thế hệ HBM.

Tuyên bố rủi ro và điều khoản miễn trách nhiệm

        Thị trường có rủi ro, đầu tư cần thận trọng. Bài viết này không cấu thành lời khuyên đầu tư cá nhân, cũng không xem xét đến mục tiêu đầu tư, tình hình tài chính hoặc nhu cầu đặc biệt của từng người dùng. Người dùng cần xem xét liệu bất kỳ ý kiến, quan điểm hay kết luận nào trong bài viết có phù hợp với hoàn cảnh cụ thể của họ hay không. Đầu tư dựa trên bài viết này, rủi ro tự chịu.