Кто из производителей памяти станет лидером в технологии HBM?

Текущее состояние отрасли HBM

В 2013 году компания SK Hynix совершила прорыв, успешно разработав и серийно производя HBM с использованием архитектуры Through Silicon Via (TSV). В 2019 году они добились успеха с HBM2E, сохранив подавляющее преимущество на рынке HBM. Согласно последнему исследованию TrendForce, Nvidia планирует сотрудничать с большим количеством поставщиков HBM. Ожидается, что Samsung, как один из поставщиков, завершит проверку своего HBM3 (24 ГБ) с NVIDIA к декабрю этого года. Что касается прогресса HBM3e, Micron, SK Hynix и Samsung предоставили 8-слойные (24 ГБ) образцы Nvidia в июле, августе и октябре соответственно, причем самая быстрая проверка ожидается к концу года. Все три основных игрока ожидают завершения проверки в первом квартале 2024 года.

Что касается HBM4, то самый ранний запуск ожидается в 2026 году с увеличением стека до 16 слоев с существующих 12. Стек памяти, скорее всего, будет использовать 2048-битный интерфейс подключения к стеку памяти, что приведет к спросу на новый метод стекирования «Hybrid Bonding». Выпуск 12-слойного продукта HBM4 запланирован на 2026 год, а выпуск 16-слойного продукта ожидается в 2027 году.

SK Hynix

По сообщениям Business Korea, SK Hynix готовится внедрить корпус «2.5D Fan-Out» для технологии HBM следующего поколения. Этот шаг направлен на повышение производительности и снижение затрат на упаковку. Эта технология, ранее не использовавшаяся в индустрии памяти, но широко распространенная в передовом производстве полупроводников, рассматривается как имеющая потенциал «полностью изменить полупроводниковую и микроэлектронную промышленность». SK Hynix планирует представить результаты исследований с использованием этого метода упаковки уже в следующем году. Технология упаковки 2.5D Fan-Out предполагает горизонтальное расположение двух DRAM и сборку их аналогично обычным чипам. Отсутствие подложки под чипами позволяет использовать более тонкие чипы, что значительно уменьшает толщину при установке в ИТ-оборудование. В то же время этот метод обходит процесс сквозного кремниевого перехода (TSV), предоставляя больше возможностей ввода-вывода (I/O) и снижая затраты. Согласно своему предыдущему плану, SK Hynix планирует начать массовое производство HBM шестого поколения (HBM4) уже в 2026 году. Компания также активно исследует «Hybrid Bondi».

В настоящее время стеки HBM размещаются на промежуточном устройстве рядом с графическими процессорами или и подключаются к своему промежуточному устройству. Новая цель SK Hynix — полностью исключить промежуточный преобразователь, разместив HBM4 непосредственно на графических процессорах таких компаний, как Nvidia и AMD, при этом TSMC является предпочтительным производителем.

Samsung

Samsung исследует возможность применения фотоники в промежуточном слое технологии HBM, стремясь решить проблемы, связанные с нагревом и плотностью транзисторов. 

По данным Samsung, отрасль добилась значительных успехов в интеграции фотоники с HBM посредством двух основных подходов. Один из них предполагает размещение фотонного интерпозера между нижним слоем упаковки и верхним слоем, содержащим графический процессор и HBM, который действует как коммуникационный уровень. Однако этот метод является дорогостоящим и требует наличия интерпозера и фотонного ввода-вывода для логических микросхем и HBM.

Более эффективный подход состоит в том, чтобы отделить модуль памяти HBM от самого чипа и подключить его к логической ИС с использованием технологии фотоники. Этот подход не только упрощает затраты на производство и упаковку HBM и логических ИС, но также устраняет необходимость внутреннего цифро-оптического преобразования в схеме. Однако необходимо уделять пристальное внимание вопросам рассеивания тепла.

Micron

Как сообщает Tom’s Hardware, 8-слойный HBM3e от Micron (24 ГБ), как ожидается, будет выпущен в начале 2024 года, что будет способствовать улучшению обучения искусственного интеллекта и производительности. Ожидается, что 12-слойный чип HBM3e (36 ГБ) дебютирует в 2025 году. Micron работает над HBM4 и HBM4e вместе с другими компаниями. Ожидается, что требуемая пропускная способность превысит 1,5 ТБ/с. Micron планирует запустить 12- и 16-слойный HBM4 емкостью от 36 до 48 ГБ в период с 2026 по 2027 год. После 2028 года будет представлен HBM4E, что увеличит максимальную пропускную способность за пределы 2+ ТБ/с и увеличит емкость стека до 48–64 ГБ. Micron придерживается подхода, отличного от Samsung и SK Hynix, не интегрируя HBM и логические чипы в единый кристалл. Эта разница в стратегии может привести к разным техническим путям, и Micron может дать совет Nvidia, Intel и AMD, что полагаться исключительно на чипы одной и той же компании слишком рискованно.