在高帶寬內(nèi)存（HBM）行業(yè)，速率、堆疊層數(shù)等性能指標(biāo)向來是關(guān)注焦點(diǎn)，而能效正成為同等關(guān)鍵的考量因素。據(jù)韓國(guó)《韓經(jīng)日?qǐng)?bào)》消息，隨著行業(yè)向 HBM4E 世代升級(jí)，三星正計(jì)劃對(duì) HBM4 的供電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行結(jié)構(gòu)性重新設(shè)計(jì)。

報(bào)道指出，三星預(yù)計(jì)將從今年 HBM4E 量產(chǎn)開始，推出全新的供電架構(gòu)。該方案通過對(duì)芯片內(nèi)部供電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分割與重新布局，實(shí)現(xiàn)了供電結(jié)構(gòu)的全面重構(gòu)。

供電設(shè)計(jì)正成為下一代 HBM 技術(shù)的核心瓶頸。報(bào)道援引三星相關(guān)資料稱，從 HBM4 升級(jí)至 HBM4E，供電凸點(diǎn)的數(shù)量將從 13682 個(gè)增加至 14457 個(gè)，這要求在相同的芯片空間內(nèi)布置更細(xì)、更密集的布線。此舉會(huì)導(dǎo)致電流密度和電阻上升，進(jìn)而加劇電壓壓降（IR drop）現(xiàn)象 —— 即電壓在供電網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中出現(xiàn)衰減。

由此產(chǎn)生的熱量會(huì)進(jìn)一步提升電阻，形成惡性循環(huán)，最終可能導(dǎo)致芯片性能下降甚至電路失效。報(bào)道強(qiáng)調(diào)，設(shè)計(jì)一套高效、結(jié)構(gòu)合理的供電網(wǎng)絡(luò)（PDN），已成為 HBM 行業(yè)當(dāng)前面臨的最關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一。

三星公布 HBM4E 供電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方案，提升能效與可靠性

報(bào)道首先指出了當(dāng)前 HBM 設(shè)計(jì)中存在的結(jié)構(gòu)缺陷，包括布線過于復(fù)雜、供電布局高度集中。在現(xiàn)有產(chǎn)品中，基底芯片的供電網(wǎng)絡(luò)集中在中介層附近呈蜂窩狀的大型 MET4 金屬塊區(qū)域，而向 HBM 堆疊體供電的上層布線則逐漸收窄。報(bào)道解釋，這種從寬幅供電塊向窄徑布線的過渡會(huì)形成供電瓶頸，類似道路并線時(shí)出現(xiàn)的交通擁堵。

為解決上述問題，三星推出了供電網(wǎng)絡(luò)分割方案：將大型 MET4 供電塊拆分為四個(gè)較小的區(qū)域，并對(duì)上層布線進(jìn)行進(jìn)一步分割，以此緩解供電擁堵。報(bào)道強(qiáng)調(diào)，重新設(shè)計(jì)后的布線方式更直接、高效，最大限度減少了從供電凸點(diǎn)到用電終端的不必要繞路。

據(jù)報(bào)道援引三星方面數(shù)據(jù)，在全新的供電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)下，HBM4E 的金屬電路缺陷率較 HBM4 降低 97%，電壓壓降問題改善 41%。壓降的降低拓寬了電壓余量，不僅能支持芯片實(shí)現(xiàn)更高的運(yùn)行速率，還能提升整體的芯片可靠性。

三星探索 HBM 與 GPU 分離設(shè)計(jì)，布局光子技術(shù)打造高速互連

盡管重構(gòu)后的供電網(wǎng)絡(luò)帶來了可量化的性能提升，報(bào)道稱三星已開始著眼于超越這種漸進(jìn)式的改進(jìn)方案。倘若分布式供電網(wǎng)絡(luò)最終觸及性能極限，且人工智能半導(dǎo)體的散熱難題持續(xù)存在，該如何破解？對(duì)此，三星提出了解耦設(shè)計(jì)的理念 —— 將 HBM 與圖形處理器（GPU）進(jìn)行物理分離。

報(bào)道指出，三星正考慮采用光子互連技術(shù)實(shí)現(xiàn) HBM 與 GPU 的連接，在二者物理分離的同時(shí)保障傳輸速率。與工作在千兆（10?）級(jí)別的銅布線不同，光子技術(shù)采用光信號(hào)傳輸，理論速率可達(dá)太比特（1012）級(jí)，約為銅布線的 1000 倍；即便 HBM 與 GPU 的物理距離拉遠(yuǎn)，該技術(shù)也能有效抵消由此產(chǎn)生的延遲。

報(bào)道補(bǔ)充稱，三星還表示，僅憑襯底布線技術(shù)的升級(jí)，也可實(shí)現(xiàn) HBM 與 GPU 的物理分離。目前二者處于緊密貼合的狀態(tài)，未來可將間距拉開至 5 厘米以上，以此緩解散熱問題。