文｜半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫
據(jù)Trendforce 報(bào)道，內(nèi)存制造商三星、SK 海力士和美光希望堆疊更多 DRAM 芯片。隨著第五代堆疊 DRAM 高帶寬內(nèi)存 (HBM5) 的推出，至少有 20 個(gè)內(nèi)存層。
目前的 HBM3e 設(shè)備使用 8 個(gè) 24 千兆位芯片，總?cè)萘繛?24 千兆字節(jié)。12 倍堆疊的 HBM3e 模塊（稱為 12-Hi）已發(fā)布，容量為 36 千兆字節(jié)。每個(gè)芯片具有相同容量的 20-Hi 變體的容量為 60 千兆字節(jié)，但后者可能會(huì)同時(shí)增加，以實(shí)現(xiàn)更高的存儲量。
不過，該產(chǎn)品還需要幾年時(shí)間才能上市。Trendforce 估計(jì) Nvidia 希望在下一代產(chǎn)品中使用 HBM5。屆時(shí)它將不再位于 GPU 旁邊并通過硅中介層連接，而是直接安裝在 GPU 上。
Blackwell（B100 和 B200）仍使用 HBM3e。Nvidia已宣布將在 2026 年推出具有八個(gè) HBM4 堆棧的 Rubin；具有 12 個(gè)堆棧的改進(jìn)版本 Rubin Ultra 將于 2027 年問世。具有 HBM4e 的 Rubin 繼任者將于 2028 年問世，而具有 HBM5 的繼任者最早將于 2029 年問世。
混合鍵合取代焊球
在此之前，制造商必須解決生產(chǎn)問題。到目前為止，他們一直在 DRAM 層之間使用焊球，即所謂的微凸塊。三星和美光依靠熱壓縮非導(dǎo)電膜 (TC-NCF) 來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定：他們將一層薄膜貼在單個(gè)芯片上，薄膜在高溫和高壓下熔化，從而將各層粘合在一起。
SK Hynix 依靠所謂的大規(guī)模回流成型底部填充 (MR-MUF) 來改善散熱。制造商對此的描述如下：“大規(guī)模回流是一種通過熔化堆疊芯片之間的凸塊將芯片粘合在一起的技術(shù)。模塑底部填充用保護(hù)材料填充堆疊芯片之間的間隙，以提高耐用性和散熱性。MR-MUF 結(jié)合使用回流和成型工藝，將半導(dǎo)體芯片連接到電路上，并用液態(tài)環(huán)氧模塑化合物 (EMC) 填充芯片和凸塊間隙之間的空間?！?/p>
但隨著容量和時(shí)鐘頻率的不斷提高，組件產(chǎn)生的熱量也隨之增加。此外，制造商必須節(jié)省空間才能將 20 個(gè)內(nèi)存層壓入一個(gè)組件中。
據(jù)稱，該解決方案是混合鍵合，AMD 此前已在其帶有堆疊緩存的 Ryzen X3D 處理器中使用過該技術(shù)。然后，將所有 DRAM 層磨平，以便它們彼此粘合在一起而沒有焊點(diǎn)（凸塊）。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，制造商必須轉(zhuǎn)換其封裝系統(tǒng)。三星大概也希望將這項(xiàng)技術(shù)用于 SSD 的 NAND 閃存。
如果制造商有意提前積累該技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，16 層堆疊的 HBM4 和 HBM4e 堆疊（16-Hi）也可能采用混合鍵合。然而，這顯然在技術(shù)上還不是必要的。
高堆疊內(nèi)存的 GPU 在制造成本上必然會(huì)有顯著的提升。首先，研發(fā)新的散熱技術(shù)、信號處理技術(shù)和封裝工藝都需要投入大量的資金。與此同時(shí)，該技術(shù)還存在諸多挑戰(zhàn)。
在一個(gè) GPU 上堆疊 20 個(gè) DRAM 芯片，散熱將成為首要面臨的巨大挑戰(zhàn)。大量芯片在高速運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生可觀的熱量，如果不能有效地進(jìn)行散熱處理，將導(dǎo)致芯片性能下降甚至損壞。英偉達(dá)將不得不投入大量研發(fā)資源來開發(fā)新的散熱技術(shù)。例如，可能會(huì)探索更高效的散熱材料，從傳統(tǒng)的銅基散熱片轉(zhuǎn)向石墨烯等具有超高熱導(dǎo)率的新型材料。同時(shí)，液冷技術(shù)也可能會(huì)得到進(jìn)一步發(fā)展和優(yōu)化，設(shè)計(jì)出更加精細(xì)且適配這種高芯片密度的液冷系統(tǒng)，確保每個(gè) DRAM 芯片都能在適宜的溫度下工作。
在如此高密度的芯片堆疊下，信號完整性也是一個(gè)亟待解決的問題。眾多芯片之間的信號傳輸路徑變得更加復(fù)雜，電磁干擾、信號延遲等問題容易出現(xiàn)。英偉達(dá)需要在芯片設(shè)計(jì)和電路布局上進(jìn)行創(chuàng)新。比如，采用更先進(jìn)的布線技術(shù)，增加信號屏蔽層來減少電磁干擾。同時(shí)，在芯片之間可能會(huì)引入新的信號補(bǔ)償和校準(zhǔn)機(jī)制，實(shí)時(shí)監(jiān)測和調(diào)整信號的傳輸狀態(tài)，確保從一個(gè) DRAM 芯片到 GPU 核心的數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確無誤，維持整個(gè)系統(tǒng)的高性能運(yùn)行。
此外，制造工藝將面臨更高的要求。要實(shí)現(xiàn) 20 個(gè) DRAM 芯片的穩(wěn)定堆疊，對芯片的封裝工藝提出了近乎苛刻的條件。目前的封裝技術(shù)可能無法滿足這種高復(fù)雜度的要求，英偉達(dá)需要與芯片制造廠商緊密合作，共同研發(fā)新的封裝工藝。
在這個(gè)過程中，如何保證高良品率是關(guān)鍵。因?yàn)殡S著制造復(fù)雜度的提升，不良品出現(xiàn)的概率也會(huì)增加。這可能需要在生產(chǎn)流程中引入更精密的檢測設(shè)備和方法，從芯片原材料的篩選到每一道生產(chǎn)工序都進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量把控，以確保最終產(chǎn)品能夠達(dá)到預(yù)期的性能和可靠性標(biāo)準(zhǔn)。