HBM封装，SK海力士有了新想法

虽然目前业界都在集中研发HBM3的迭代产品，但是厂商们为了争夺市场的话语权，对于未来HBM技术开发有着各自不同的见解与想法。

三星正在研究在中间件中使用光子技术，光子通过链路的速度比电子编码的比特更快，而且耗电量更低。光子链路可以飞秒速度运行。这意味着10-¹⁵个时间单位，即四十亿分之一（十亿分之一的百万分之一）秒。在最近举行的开放计算项目（OCP）峰会上，以首席工程师李彦为代表的韩国巨头先进封装团队介绍了这一主题。

除了使用光子集成电路外，另一种方法是将 HBM 堆栈更直接地连接到处理器（上图中的三星逻辑图）。这将涉及谨慎的热管理，以防止过热。这意味着随着时间的推移，HBM 堆栈可以升级，以提供更大的容量，但这需要一个涵盖该领域的行业标准才有可能实现。

据韩媒报道，SK海力士还在研究 HBM 与逻辑处理器直接连接的概念。这种概念是在混合使用的半导体中将 GPU 芯片与 HBM 芯片一起制造。芯片制造商将其视为 HBM4 技术，并正在与英伟达和其他逻辑半导体供应商洽谈。这个想法涉及内存和逻辑制造商共同设计芯片，然后由台积电（TSMC）等晶圆厂运营商制造。

这有点类似于内存处理（PIM）的想法，如果最终不能成为行业标准的话，很可能会变成事实上的厂商独占。

Tom's Hardware 报道称，美光与市场上的其他公司正在开展 HBM4 和 HBM4e 活动。美光目前正在生产 HBM3e gen-2 内存，采用 8层垂直堆叠的 24GB 芯片。美光的 12 层垂直堆叠 36GB 芯片将于 2024 年第一季度开始出样。它正与半导体代工运营商台积电合作，将其 gen-2 HBM3e 用于人工智能和 HPC 设计应用。

美光表示，其目前的产品具有高能效，对于安装了1000万个GPU的设备来说，每个HBM堆栈能节省约5瓦的功耗，预计五年内将比其他HBM产品节省高达5.5亿美元的运营开支。

2015年以来，从HBM1到HBM3e，它们都保留了相同的1024位(每个堆栈)接口，即具有以相对适中的时钟速度运行的超宽接口，为了提高内存传输速率，下一代HBM4可能需要对高带宽内存技术进行更实质性的改变，即从更宽的2048位内存接口开始。

出于多种技术原因，业界打算在不增加 HBM 存储器堆栈占用空间的情况下实现这一目标，从而将下一代 HBM 存储器的互连密度提高一倍。HBM4 会在多个层面上实现重大技术飞跃。在 DRAM 堆叠方面，2048 位内存接口需要大幅增加内存堆叠的硅通孔数量。同时，外部芯片接口需要将凸块间距缩小到远小于 55 微米，而 HBM3 目前的凸块总数（约）为 3982 个，因此需要大幅增加微型凸块的总数。

内存厂商表示，他们还将在一个模块中堆叠多达 16 个内存模块，即所谓的 16-Hi 堆叠，从而增加了该技术的复杂性。(从技术上讲，HBM3 也支持 16-Hi 堆叠，但到目前为止，还没有制造商真正使用它）这将使内存供应商能够显著提高其 HBM 堆叠的容量，但也带来了新的复杂性，即如何在不出现缺陷的情况下连接更多的 DRAM 凸块，然后保持所产生的 HBM 堆叠适当且一致地短。

在阿姆斯特丹举行的台积电 OIP 2023 会议上，台积电设计基础设施管理主管这样说道："因为[HBM4]不是将速度提高了一倍，而是将[接口]引脚增加了一倍。这就是为什么我们要与所有三家合作伙伴合作，确保他们的 HBM4（采用我们的先进封装方法）符合标准，并确保 RDL 或 interposer 或任何介于两者之间的产品都能支持（HBM4 的）布局和速度。因此，我们会继续与三星、SK 海力士和美光合作"。

目前，台积电的 3DFabric 存储器联盟目前正致力于确保 HBM3E/HBM3 Gen2 存储器与 CoWoS 封装、12-Hi HBM3/HBM3E 封装与高级封装、HBM PHY 的 UCIe 以及无缓冲区 HBM（由三星率先推出的一项技术）兼容。

美光公司今年早些时候表示，"HBMNext "内存将于 2026 年左右面世，每堆栈容量介于 36 GB 和 64 GB 之间，每堆栈峰值带宽为 2 TB/s 或更高。所有这些都表明，即使采用更宽的内存总线，内存制造商也不会降低 HBM4 的内存接口时钟频率。

与三星和 SK海力士不同，美光并不打算把 HBM 和逻辑芯片整合到一个芯片中，在下一代HBM发展上，韩系和美系内存厂商泾渭分明，美光可能会告诉AMD、英特尔和英伟达，大家可以通过 HBM-GPU 这样的组合芯片获得更快的内存访问速度，但是单独依赖某一家的芯片就意味着更大风险。

美国的媒体表示，随着机器学习训练模型的增大和训练时间的延长，通过加快内存访问速度和提高每个 GPU 内存容量来缩短运行时间的压力也将随之增加，而为了获得锁定的 HBM-GPU 组合芯片设计（尽管具有更好的速度和容量）而放弃标准化 DRAM 的竞争供应优势，可能不是正确的前进方式。

但韩媒的态度就相当暧昧了，他们认为HBM可能会重塑半导体行业秩序，认为IP（半导体设计资产）和工艺的重大变化不可避免，还引用了业内人士说："除了定制的'DRAM 代工厂'之外，可能还会出现一个更大的世界，即使是英伟达和 AMD 这样的巨头也将不得不在三星和 SK 海力士制造的板材上进行设计。"

当然SK 海力士首席执行官兼总裁 Kwak No-jeong的发言更值得玩味，他说：“HBM、计算快速链接（CXL）和内存处理（PIM）的出现将为内存半导体公司带来新的机遇，这种滨化模糊了逻辑半导体和存储器之间的界限，内存正在从一种通用商品转变为一种特殊商品，起点将是 HBM4。”

由此看来，下一代HBM技术路线的选择，可能会引发业界又一轮重大的洗牌，谁能胜出，我们不妨拭目以待。