三星搞定HBM4設計領先海力士半身位
在與「同門」SK海力士的HBM技術比拼中,三星電子終於掙回了一點面子。 1月5日,供應鏈有消息稱,三星DS部門儲存業務部約在今年1月初完成了HBM4內存邏輯晶片設計。根據該設計,三星電子Foundry業務部採用4nm製程製程試產。在完成邏輯晶片最終性能驗證後,三星將提供HBM4樣品驗證。
邏輯晶片,即Logic die(又稱Base die,下圖紅框標註示意圖),在HBM最底層,由DRAM堆疊而成,是控制多層DRAM的核心部件。
HBM的核心優勢,採用了3D堆疊技術,將多個DRAM晶片垂直堆疊在一起。透過矽通孔(TSV)技術實現晶片間的高速訊號傳輸,大幅縮短了資料傳輸的距離和延遲,從而能以極高頻寬為處理器提供資料支援。
自從三星電子在HBM市場的領先地位被SK海力士奪走後,三星電子在2023年先後調整了4-5次DS部門的技術架構和領導人,「咬牙」要透過HBM4在韓國SK海力士那裡逐步奪回曾經獨屬於自己的業界尊嚴。
三星電子在HBM3e代際的市場一哥地位被SK海力士取代。
2024年,三星頻繁調整技術人力資源,為2025年透過全新技術手段,在HBM4代際,以獨立的4nm工藝代工的Base die,取得和SK海力士HBM技術發展持平的地位。
這種超越,主要是「欺負」SK海力士沒有代工能力。先前的消息顯示,SK海力士正在和台積電實施戰略捆綁,靠台積電的5nm製程推動HBM4的Base die設計製造。
HBM(High Bandwidth Memory),也就是高頻寬記憶體,主要應用於高效能運算(HPC)、人工智慧(AI)和圖形處理(GPU)等領域。
HBM技術已發展至第六代,分別為HBM(初代)、HBM2(第二代)、HBM2e(第三代)、HBM3(第四代),HBM3e(第五代)以及HBM4(第六代)。
初代HBM頻寬128GB/s,由此拉開了資料高速傳輸的序幕;到HBM4,資料傳輸速率已高達6.4GT/s(2048位元介面),單一堆疊頻寬已達1.6TB/s,這個頻寬是HBM3e的1.4倍,耗電量還能降低30%。
如此高的資料傳輸速度,帶給HBM4的壓力主要就是能耗(發熱)太高,進而影響HBM4的效能發揮。在整個HBM4套件中,發熱最高的部分即Base die。因此,三星電子希望用更先進的4nm製程取得領先優勢。
但是,三星電子在高製程晶片能耗控制方面,一向不是台積電對手,這次能反超台積電嗎?這還要看三星HBM4正式樣本出來後的測試結果。從這個角度上看,三星電子的“領先”,只限於某個環節,即設計速度更快,但性能究竟如何,目前還不知道。
三星電子也明白其中的關鍵,故而業界有消息稱三星電子自謂:「我們確實不再具備像以前那樣在內存業務上與競爭對手拉開明顯差距的優勢;由於我們自己擁有代工工藝,我們對快速製造邏輯晶片以滿足客戶的客製化需求持樂觀態度。
可見,三星電子很清楚,這次只是靠自己的4nm工藝先於競對完成Base die的設計工作,但並沒取得對SK海力士的全面領先。
為了對SK海力士保持更具優勢的領先,三星電子此次還想透過第六代10nm(c)DRAM晶片用於堆疊在HBM中的通用DRAM。 SK海力士目前正在使用第五代10nm(b)DRAM。
就算是小幅技術領先,畢竟也是領先不是?
先前業界的消息顯示,三星電子計畫採用「混合鍵結」的新方法堆疊16hi(層)的HBM4產品。目前,HBM4分12hi(層)和16hi(層)兩類;HBM3e則分為8hi(層)和12hi(層)。
混合鍵合是一種透過銅堆疊晶片的工藝,無需使用傳統方式連接晶片的“凸塊”,從而縮小尺寸並提高性能。
三星電子採用了更先進的「熱壓縮非導電黏合膜(TC-NCF)」技術,能改善每次堆疊晶片時放置薄膜狀材料的性能,實現最多可堆疊12hi(層)的HBM產品。
目前,三星電子目前正在快速推進代工製程。由於前幾代產品落後於競爭對手,三星電子正在加快HBM4的進度,以快速回應客戶的樣品測試和改進要求。
SK海力士也沒閒著,該公司計劃在2025年底量產HBM4,三星電子也有差不多的時間表。
另一則與HM B4相關的訊息,可能會讓三星電子在HBM4世代做出的全面努力給出回報。
正如微軟、Meta 和Google一樣,特斯拉也在尋求獲得即將推出的HBM4記憶體晶片的樣品。為此,特斯拉在近期內與三星電子和SK海力士分別做了接洽。
特斯拉Dojo超級運算系統平台計畫將整合HBM4,以加快「全自動駕駛」神經網路的訓練速度。同時,HBM4還能在特斯拉的資料中心和未來的自動駕駛汽車中實現部署。
Dojo系統眼下也正在使用較舊的HBM2e晶片訓練特斯拉全自動駕駛功能所依賴的複雜AI模型,急需更換成更強性能的HBM產品,以應對急劇擴大的數據量。