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高頻寬記憶體風雲(二)記憶體業者的選擇

SK海力士是首先量產HBM的廠家,也是目前HBM市佔率最大的廠家,其動向有指標性意義。

記憶體產業中個別企業,如何考慮增加HBM頻寬技術方向的選擇呢?

SK海力士(SK Hynix)是首先量產HBM的廠家,也是目前HBM市佔率最大的廠家,約佔市場一半的份額,其動向有指標性意義。

延伸報導名人講堂:高頻寬記憶體風雲(一)進程技術的分野

2023年11月Korean Business報導SK海力士的HBM4將採取2.5D扇出型先進封裝技術,目的是要省卻矽通孔(Through Silicon Via;TSV)昂貴的費用,而且有更多的I/O方式選項。報導中解釋封裝做法是將2片個別的晶片封裝整合成1個,而且無需使用基板,堆疊後厚度會大幅降低。但是完全沒解釋如何將高達12~16層DRAM上下線路連通,而這原是TSV執行的功能。之後的報導都是這個報導的衍生物,未有新的訊息。

SK海力士4月19日發布新聞,說與台積電簽訂合作生產下世代HBM的備忘錄。這個合作採用什麼先進封裝技術呢?備忘錄中也未說明,只在末了表示會優化SK海力士的HBM與台積電目前正在使用的CoWoS(Chip on Wafer on Substrate)技術的整合,以響應一般客戶對於HBM的需求。

備忘錄中還有一個亮點,SK海力士計劃使用台積電的先進製程來製造前述HBM底層的邏輯晶粒,增加額外功能,以滿足顧客客製化的需求。這個做法以下將展開討論。

事實上,SK海力士自己已研發過銅混合鍵合技術,結果也在2022年、2023年發表在學術期刊以及會議論文集(conference proceeding)。

另外,SK海力士與英特爾(Intel)和NTT於1月底發布在日本的共同投資,其投資標的也是矽光子。新聞中特別提到記憶體晶片與邏輯晶片的連接,顯然針對的是HBM與CPU/GPU之間連接的應用。只是這投資計畫於2027年量產,對於HBM4的生產是稍為遲了一點。無論如何,SK海力士是做好了兩手準備。

台積電早已宣布於2025年開始量產矽光子,雖然起始的客戶可能是其他客戶,但是2026年肯定能用於HBM相關的生產,如果技術的選擇是如此的話。

綜合一下上述訊息,SK海力士對於HBM4的規劃大致在原先2.5D封裝或3D封裝之間,取得價格與效能的優化;較長遠的目標則是移往更快、更節能的矽光子。

三星電子(Samsung Electronics)也早已驗證以銅混合鍵合16hi DRAM堆疉的HBM,結果也早發表於期刊和會議論文集。三星也在2023 OCP(Open Computing Project)Global Summit中,發表其對於矽光子的想法。前文中類似CoWoS的結構與現今的先進封裝結構相似,開發較容易。但是因為HBM與CPU/GPU底下都得加裝光/電轉換器,而且中介層需要以光通道替代,成本無疑會更高;而HBM置於封裝之外的做法是新嘗試,可能需要更多的發展努力,另外還要腦律散熱問題。

無論如何,三星也是做好兩手、短中期準備。但是三星還有自己的邏輯設計、製造能力,包括CPU/GPU的設計和製造生產,它的利害與考慮不一定與SK海力士會一致。

美光(Micron)在HBM上是後進者,目前正在急起直追,因此發表或公布的技術方案消息較少。最近的報導是它與其他廠商正在共同開發HBM4,技術方案目前沒有詳細內容,報導只說傾向於採取與南韓廠商不同的方案。

HBM4量產預計在2026會先上12hi的,2027接著上16hi的,資料引腳數量會倍增到2,048。HBM4如果有業界共同標準,在2024、至遲2025就應該制定標準並公布,目前似乎離達到產業共識還有一段距離。因為在異質整合技術的採用上仍留有變動空間,而且此一技術選擇將影響記憶體次產業的面貌,甚至整個半導體生態區的重新配置。

 

現為DIGITIMES顧問,1988年獲物理學博士學位,任教於中央大學,後轉往科技產業發展。曾任茂德科技董事及副總、普天茂德科技總經理、康帝科技總經理等職位。曾於 Taiwan Semicon 任諮詢委員,主持黃光論壇。2001~2002 獲選為台灣半導體產業協會監事、監事長。