اسکی هاینیکس اعلام کرد پیوند هیبریدی مسبهمس برای بستههای HBM احتمالاً در نسل HBM4E آماده نخواهد شد و این فناوری دستکم تا HBM5 بهعنوان گزینهٔ اصلی پیادهسازی عرضه میشود. جیسیک لی، معاون مهندسی بستهبندی اسکی هاینیکس آمریکا، در ارائهای در کنفرانس Hot Chips اصول فیزیکی محدودکنندهٔ ارتفاع پشتهها و چالشهای عملیاتی را تشریح کرد.
محدودیت 775 میکرون چرا تعیینکننده است
استاندارد JEDEC برای HBM4 سقف ضخامت بسته را از 720 به 775 میکرون افزایش داد، اما همین سقف نیز محدودیت مشخصی ایجاد کرده است: هنگام نصب صفحهٔ سرد (cold plate) روی بستهٔ GPU، ویفر منطقی 300 میلیمتری معمولاً تا همین 775 میکرون فضا را اشغال میکند و هر لایهٔ حافظهای که از این مقدار فراتر رود، از کنار پردازنده بیرون میزند. لی تاکید کرد «این محدودیت فیزیکی تعیینکنندهٔ ماست؛ اگر حافظه بلندتر شود، دیگر با پردازنده قابلتطبیق نیست.»
پیامدهای فنی
- برای افزودن لایههای بیشتر، اسکی هاینیکس باید ضخامت هر die را به حدود 50 میکرون برساند و فاصلهٔ بین آنها را کاهش دهد؛ این کار میزان اکسید در پشته را افزایش میدهد که رسانایی حرارتی آن کمتر از سیلیکون است.
- سرعتهای رابط از 1 Gbps در نسلهای اولیه تا 8 Gbps در HBM4 افزایش یافته که افزایش تراز توان در سطح یکسان را بهدنبال داشته؛ اسکی هاینیکس بار حرارتی را حدود 2.2 برابر برآورد میکند.
- افزایش تعداد لایهها که تقریباً هر دو نسل دو برابر میشود، فشار خنکسازی و کنترل تاب (warpage) را تشدید میکند و نیاز به راهکارهای مکانیکی و مواد جدید را افزایش میدهد.
MR-MUF؛ راهحل فعلی و ادامهٔ پشتیبانی برای طراحیهای مهم
فرآیند MR-MUF (mass reflow–molded underfill) شرکت راهحل عملیاتی اسکی هاینیکس بوده است. این فرایند همهٔ dieها را با عملیات pick-and-place روی هم قرار میدهد و در یک ریفلو واحد متصل میکند. لی اشاره کرد که MR-MUF حتی در مواجهه با تراشههای نازکتر از 50 میکرون و فواصل باریک عملکرد تولیدی داشته و فعلاً قابلاستفاده است. اسکی هاینیکس تصمیم گرفته این روش را برای نسل روبینِ انویدیا بهکار ببرد و پشتیبانی MR-MUF را تا آن محصول تمدید کند؛ بنابراین مشتریانی که روی پلتفرمهایی مانند محصولات انویدیا طراحی میکنند، فعلاً با MR-MUF ادامه خواهند داد.
iHBM" class="my-4 rounded-lg" />
پیوند هیبریدی کِی وارد تولید میشود؟
سامسونگ سال گذشته تعهد عمومی به پیوند هیبریدی برای HBM4 اعلام کرد، اما اسکی هاینیکس پیوند مسبهمس را فعلاً بهعنوان گزینهٔ پشتیبان کنار MR-MUF نگاه داشته است. منابع صنعتی گزارش دادهاند که اسکی هاینیکس اولین سفارش تولیدی پیوند هیبریدی در مقیاس را به ترکیب تجهیزات Applied Materials و Besi داده است. تحلیلگران مانند Counterpoint Research ورود کامل پیوند هیبریدی به تولید HBM را حوالی 2029 تا 2030 پیشبینی میکنند.
موانع فنی و تولیدی
- پیوند هیبریدی به اتصال سطوح اکسیدی و پدهای مسی در دمای اتاق و سپس تشکیل پیوند در مرحلهٔ پخت متکی است؛ اجرای آن روی پشتههای 16 تا 20 لایه بسیار پیچیدهتر از نمونههای تکلایه است.
- اگر پیوند هیبریدی جایگزین میکروبامپها شود، میتوان ضخامت هستهٔ die را تا 24٪ افزایش داد، مقاومت حرارتی را حدود 35٪ کاهش داد و فاصلهٔ بامپ را به زیر 18 میکرون رساند؛ دستیابی به این مزایا در مقیاس تولید هنوز نیازمند توسعهٔ فرایند و تجهیزات است.
iHBM؛ خنکسازی نقطهای در محل افزایش توان
اسکی هاینیکس جزئیاتی از معماری خنککنندگی iHBM را سه ماه پس از معرفی رسمی آن منتشر کرد. iHBM مجموعهای از بلوکهای هدایتکنندهٔ حرارت و عایق الکتریکی را نزدیک به ناحیهٔ PHY بین dieها قرار میدهد، همان ناحیهای که تراکم توان به اوج میرسد. طبق اسلایدهای ارائه، iHBM میتواند مقاومت حرارتی را بیش از 30٪ کاهش دهد و آن را در برابر راهکارهایی مانند «بلوک مسیر حرارتی» سامسونگ و بازطراحی پایهٔ میکرون قرار میدهد. نکتهٔ مهم این است که بلوکهای حرارتی باید همزمان با طراحی مشتری بهینه شوند و نمیتوان آنها را پس از طراحیهای نهایی به سادگی اضافه کرد.
HBM5؛ مقصد محتمل پیوند هیبریدی
با توجه به محدودیتهای فیزیکی کنونی و پیچیدگی اجرای پیوند هیبریدی در مقیاس تولید، HBM5 محتملترین نسل برای پذیرش گستردهٔ این فناوری بهشمار میرود. تا زمانی که تجهیزات و فرایندهای پیوند هیبریدی به بلوغ لازم نرسند، تولیدکنندگان بزرگ مانند اسکی هاینیکس به MR-MUF متکی خواهند ماند و طراحیها را همراه با مشتریان کلیدی همگام میکنند. همزمان رقابت میان راهکارهای خنککنندگی و مواد جدید شدت میگیرد تا بستههای حافظه با توان و تراکم بالاتر ممکن شود.
منابع: اسلایدهای ارائه در Hot Chips، گزارشهای صنعتی دربارهٔ استانداردهای JEDEC و اعلامیهها و سفارشات اولیهٔ تجهیزات پیوند هیبریدی.
