TSV技術(shù)：解鎖HBM無可比擬的“容量和速度”

各大制造商已經(jīng)紛紛引進(jìn)了高帶寬存儲器 (High Bandwidth Memory, 簡稱HBM），采用硅通孔（Through Silicon Via, 簡稱TSV）技術(shù)進(jìn)行芯片堆疊，以增加吞吐量并克服單一封裝內(nèi)帶寬(Bandwidth)的限制。在這一趨勢下，SK海力士早在2013年便率先開始了HBM的研發(fā)，以嘗試提高容量和數(shù)據(jù)傳輸速率。SK海力士現(xiàn)已充分發(fā)揮了最新HBM2E的潛能，通過TSV將8個16Gb芯片縱向連接，從而實(shí)現(xiàn)了16GB傳輸速率。

TSV由一個電路芯片和一個“Interposer”（即位于電路板和芯片之間的功能包）上方的多層DRAM組成。簡單來說，TSV可以比喻成一幢公寓式建筑結(jié)構(gòu)，建筑地基（Interposer）上方是社區(qū)活動中心（邏輯芯片），再往上是層層疊加的公寓房間（DRAM）。與傳統(tǒng)方法不同，TSV技術(shù)就好比在芯片上鉆孔，然后一個一個地堆疊起來。作為一種封裝技術(shù)，它通過這些孔內(nèi)的導(dǎo)電電極連接芯片，由此數(shù)據(jù)可以垂直移動，仿佛安裝了一臺數(shù)據(jù)電梯。與傳統(tǒng)的采用金線鍵合技術(shù)生產(chǎn)的芯片相比，這種技術(shù)連接更短，因而信號路徑更短，具有更低功耗的高速性能。另外，與傳統(tǒng)方法相比，穿透芯片可以在芯片之間形成更多通道。

從HBM到HBM2E的進(jìn)化

相比依賴于有線處理的DRAM封裝技術(shù)，HBM在數(shù)據(jù)處理速度方面顯示出了高度的改良。不同于金線縫合的方式，通過TSV技術(shù)，HBM可將超過5,000個孔鉆入相互縱向連接的DRAM芯片中。在這樣一個快速崛起的行業(yè)趨勢下，SK海力士于2019年8月開發(fā)出了具有超高速性能的HBM2E。這是目前行業(yè)中擁有最高性能的一項(xiàng)技術(shù)。與之前的HBM2標(biāo)準(zhǔn)對比，HBM2E將提高50%的數(shù)據(jù)處理速度。由于這一高度改良，它將成為新一代HBM DRAM產(chǎn)品。

不同于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用模塊形式封裝存儲芯片并在系統(tǒng)板上進(jìn)行連接，HBM芯片與芯片與圖像處理器(Graphics Processing Unit, 簡稱GPU)和邏輯芯片等處理器緊密地相互連接。在這樣一個僅有幾微米單元的距離下，數(shù)據(jù)可被更快地進(jìn)行傳輸。這種全新的結(jié)構(gòu)在芯片之間創(chuàng)造了更短的路徑，從而更進(jìn)一步加快了數(shù)據(jù)處理速度。

隨著數(shù)據(jù)不斷增加，對于高性能存儲器的需求將在第四次工業(yè)革命中持續(xù)增長。HBM已經(jīng)在GPU中被使用。HBM2E或?qū)⒊蔀榘ㄐ乱淮鶪PU、高性能計(jì)算機(jī)處理、云計(jì)算、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、以及超級計(jì)算機(jī)在內(nèi)等高性能裝置中的一種高端存儲器半導(dǎo)體，以滿足這些裝置對于超高速運(yùn)作這一特性的要求。除此之外，HBM2E也將在一些高科技行業(yè)中扮演重要角色，例如機(jī)器學(xué)習(xí)和AI系統(tǒng)等。另外，隨著游戲產(chǎn)業(yè)中對圖形應(yīng)用的日益擴(kuò)大，HBM技術(shù)的采用也相應(yīng)增加，以此可以處理大屏幕下更多像素的需求。通過更高的計(jì)算機(jī)處理速度，HBM也為高端游戲提供了更好的穩(wěn)定性。