ทุกสายตาบน HBM

เมื่อเร็ว ๆ นี้ Samsung ประกาศว่าจะเปิดตัวผลิตภัณฑ์มือถือเป็นเครื่องแรกที่ติดตั้งหน่วยความจำ LPW DRAM ในปี 2028, LPW DRAM หรือที่รู้จักกันในชื่อ I/O (LLW) หรือ "HBM มือถือ" ที่รู้จักกันในชื่อ

อย่างที่เราทุกคนรู้ด้วยการเพิ่มขึ้นของ AI ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาศูนย์ข้อมูลและตลาดเซิร์ฟเวอร์ได้ถึงระดับความต้องการประสิทธิภาพของหน่วยความจำที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อน

0040-02544 ร่างกายส่วนบน, DPS Metal

ผู้ผลิตหน่วยความจำรายใหญ่เช่น SK Hynix, Samsung Electronics และ Micron ได้รวม HBM ไว้ในสายผลิตภัณฑ์หลักของพวกเขาโดยเห็นว่าเป็นกุญแจสำคัญในการส่งเสริมนวัตกรรมทางเทคโนโลยีและการแข่งขันในตลาด

ตอนนี้ยักษ์ใหญ่จัดเก็บข้อมูลกำลังวางแผนที่จะขยายการใช้ชิป HBM ต่อไปในความพยายามที่จะนำพวกเขาจากศูนย์ข้อมูลไปยังตลาดยานยนต์และอุปกรณ์อุปกรณ์พกพา

HBM เข้าสู่สนามของสมาร์ทคาร์

ในยุคของโมเดลขนาดใหญ่เป็นฉันทามติในอุตสาหกรรมที่ชิป AI ติดตั้งหน่วยความจำ HBM และอุตสาหกรรมยานยนต์ได้เริ่มค่อยๆนำหน่วยความจำ HBM มาใช้

ด้วยวิวัฒนาการของเทรนด์ "ใหม่ที่ทันสมัยใหม่" ความต้องการการประมวลผลข้อมูลแบบเรียลไทม์การประมวลผลภาพความละเอียดสูงและการจัดเก็บข้อมูลสำหรับรถยนต์อัจฉริยะกำลังเพิ่มขึ้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งระบบใหม่ของรถยนต์อัจฉริยะหลายแห่งเช่นระบบช่วยเหลือผู้ขับขี่ขั้นสูงระบบห้องนักบินอัจฉริยะ

นอกจากนี้การใช้โมเดลแบบ end-to-end ในรถยนต์มีแนวโน้มที่จะกลายเป็นเรื่องธรรมดามากขึ้นในอนาคตซึ่งให้โอกาสจำนวนมากสำหรับแอปพลิเคชันออนบอร์ดของ HBM

ในแง่ของความคืบหน้าในปัจจุบันการประยุกต์ใช้ HBM ในเขตข้อมูลยานยนต์ยังคงอยู่ในช่วงเริ่มต้น แต่มีการพัฒนาที่สำคัญบางอย่าง HBM2E ของ SK Hynix ถูกนำไปใช้กับรถยนต์ Autonomous Waymo ของ Google ซึ่งทำเครื่องหมายรายการอย่างเป็นทางการของ HBM ในสนามยานยนต์และเน้นความสำคัญที่เพิ่มขึ้นของหน่วยความจำประสิทธิภาพสูงในสนามยานยนต์

SK Hynix ซึ่งเป็นซัพพลายเออร์สุดพิเศษของเทคโนโลยีหน่วยความจำขั้นสูงสำหรับยานพาหนะอิสระของ Waymo ได้ผลิต HBM2E อย่างอิสระโดยเฉพาะสำหรับแอพพลิเคชั่นยานยนต์เพื่อตอบสนองความต้องการด้านคุณภาพที่เข้มงวดสำหรับชิปยานยนต์ ในฐานะผู้ผลิตชิป HBM รายแรกในตลาดที่จัดหาชิป HBM ที่เป็นไปตามมาตรฐานยานยนต์ AEC-Q ที่เข้มงวดผลิตภัณฑ์ HBM2E เกรดยานยนต์ของ SK Hynix ได้แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพที่โดดเด่น: ความจุสูงถึง 8GB ความเร็วในการถ่ายโอนสูงถึง 3.2GBPS

SK Hynix กำลังขยายเครือข่ายความร่วมมืออย่างแข็งขันกับ Nvidia, Tesla และยักษ์ใหญ่อื่น ๆ ในด้านโซลูชั่นการขับขี่แบบอิสระและกำลังมองหาคู่ค้าเพื่อติดตั้ง HBM ในยานพาหนะอัตโนมัติโดยมีเป้าหมายเพื่อขยายธุรกิจจากตลาดศูนย์ข้อมูล AI

แม้ว่า Samsung จะไม่เปิดเผยความคืบหน้าของยานยนต์ HBM โดยตรง แต่ก็มีแนวโน้มที่จะมีส่วนร่วมทางอ้อมในระบบนิเวศการขับขี่แบบอิสระผ่านความร่วมมือกับ Nvidia

โดยรวมด้วยการแข่งขันที่รุนแรงขึ้นเรื่อย ๆ ในตลาดรถยนต์อัจฉริยะ บริษัท รถยนต์จำเป็นต้องเพิ่มความสามารถในการแข่งขันโดยการปรับปรุงระดับความฉลาดของยานพาหนะและเทคโนโลยี HBM นั้นเป็นกุญแจสำคัญในการบรรลุเป้าหมายนี้อย่างไม่ต้องสงสัย ในปัจจุบัน บริษัท รถยนต์หลายแห่งกำลังมองหาโอกาสความร่วมมือกับผู้ผลิต HBM

ผู้เชี่ยวชาญบางคนกล่าวว่าในระยะยาว HBM จะกลายเป็นกระแสหลักและหาก HBM ถูกนำมาใช้โดย บริษัท ชั้นนำเช่น Tesla แนวโน้มนี้จะเร่ง

จากข้อมูลจากสถาบันวิจัยตลาดตลาดชิปหน่วยความจำยานยนต์ทั่วโลกจะมีมูลค่า 4.76 พันล้านดอลลาร์ในปี 2566 และคาดว่าจะสูงถึง 10.25 พันล้านดอลลาร์ภายในปี 2571

HBM ไปมือถือ

นอกเหนือจากตลาดยานยนต์ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของ AI, 5G และเทคโนโลยีอื่น ๆ อุปกรณ์มือถือก็มีประสิทธิภาพมากขึ้นเรื่อย ๆ และข้อกำหนดสำหรับประสิทธิภาพของหน่วยความจำก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน ตั้งแต่การใช้งานแอพพลิเคชั่น AI ที่ซับซ้อนไปจนถึงการเปิดใช้งานมัลติทาสก์ที่ราบรื่นไปจนถึงการรองรับวิดีโอความละเอียดสูงและเกมขนาดใหญ่อุปกรณ์มือถือต้องใช้หน่วยความจำที่สามารถให้แบนด์วิดท์ที่สูงขึ้นและเวลาแฝงที่ต่ำกว่า

การใช้สมาร์ทโฟนเป็นตัวอย่างด้วยความนิยมของการถ่ายภาพ AI ผู้ช่วย AI เสียงและฟังก์ชั่นอื่น ๆ โทรศัพท์มือถือจำเป็นต้องประมวลผลข้อมูลจำนวนมากในช่วงเวลาสั้น ๆ เมื่อถ่ายภาพ Ai-Optimave แล้วโทรศัพท์จำเป็นต้องวิเคราะห์และประมวลผลภาพแบบเรียลไทม์ซึ่งต้องใช้หน่วยความจำเพื่อให้สามารถอ่านและจัดเก็บข้อมูลภาพได้อย่างรวดเร็ว อย่างไรก็ตามแม้ว่าหน่วยความจำ LPDDR แบบดั้งเดิมสามารถตอบสนองความต้องการของแอปพลิเคชันทุกวันในระดับหนึ่ง แต่ก็ไม่สามารถปฏิบัติตามข้อกำหนดประสิทธิภาพสูงเหล่านี้ได้

ในพื้นที่เช่นแล็ปท็อปและอุปกรณ์สวมใส่ยังมีความต้องการเร่งด่วนสำหรับหน่วยความจำที่มีประสิทธิภาพสูง เมื่อใช้ซอฟต์แวร์สำนักงานขนาดใหญ่และการแก้ไขวิดีโอแล็ปท็อปต้องการหน่วยความจำที่มีความสามารถในการประมวลผลข้อมูลที่มีประสิทธิภาพ อุปกรณ์ที่สวมใส่ได้เช่นนาฬิกาอัจฉริยะยังต้องการหน่วยความจำในการประมวลผลข้อมูลเซ็นเซอร์อย่างรวดเร็วเมื่อใช้งานฟังก์ชั่นเช่นการตรวจสอบสุขภาพและการติดตามการออกกำลังกาย

การถือกำเนิดของ HBM เปิดโอกาสใหม่เพื่อตอบสนองความต้องการเหล่านี้ HBM ประเภทนี้สำหรับอุปกรณ์มือถือหรือที่เรียกว่า "Mobile HBM" มีลักษณะคล้ายกับที่ใช้ในเซิร์ฟเวอร์ปัจจุบัน

HBM ใช้เทคโนโลยีการซ้อน 3D ขั้นสูงเพื่อเชื่อมต่อชิป DRAM หลายตัวในแนวตั้งผ่านผ่านซิลิกอน (TSV) ซึ่งเพิ่มแบนด์วิดท์หน่วยความจำอย่างมาก การออกแบบที่ไม่เหมือนใครนี้ช่วยให้อัตราการถ่ายโอนข้อมูลของ HBM เข้าถึง GB/s หลายร้อยซึ่งสูงกว่าหน่วยความจำ DDR แบบดั้งเดิมหลายเท่าซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการของการคำนวณ AI ได้อย่างเต็มที่สำหรับการประมวลผลข้อมูลขนาดใหญ่อย่างรวดเร็วลดความล่าช้าของการส่งข้อมูลและปรับปรุงประสิทธิภาพการฝึกอบรมอย่างมาก

Mobile HBM มีแนวคิดการซ้อนกันเหมือนกัน แต่เป็นวิธีการซ้อน LPDDR DRAM ในรูปแบบก้าวแล้วเชื่อมต่อกับพื้นผิวด้วยสายแนวตั้ง โดยเฉพาะ Samsung Electronics กำลังพัฒนาเทคโนโลยีภายใต้ชื่อ "VCS" ในขณะที่ SK Hynix กำลังพัฒนาเทคโนโลยีภายใต้ชื่อ "VFO" ข้อดีคือประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูงการใช้พลังงานต่ำและความสามารถในการจัดหาหมุดข้อมูล IO มากขึ้น

ความแตกต่างที่ใหญ่ที่สุดระหว่างมือถือ HBM และ LPDDR คือไม่ว่าจะเป็น "หน่วยความจำที่กำหนดเอง" หรือไม่ LPDDR เป็นผลิตภัณฑ์อเนกประสงค์ทั่วไปที่สามารถใช้ในแบทช์เมื่อผลิตเป็นมวล; ในขณะที่ Mobile HBM เป็นผลิตภัณฑ์ที่กำหนดเองที่สะท้อนถึงแอปพลิเคชันและข้อกำหนดของลูกค้า เนื่องจาก HBM มือถือเชื่อมต่อกับโปรเซสเซอร์ในตำแหน่ง PIN ที่แตกต่างกันจึงจำเป็นต้องได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับผลิตภัณฑ์ของลูกค้าแต่ละรายก่อนการผลิตจำนวนมาก

อุตสาหกรรมเห็นว่า HBM มือถือเป็นเซมิคอนดักเตอร์รุ่นต่อไปและมุ่งเน้นไปที่การพัฒนา Samsung และ SK Hynix ในฐานะยักษ์ใหญ่สองตัวในสาขาหน่วยความจำไม่ได้ใช้ความพยายามในการวิจัยและพัฒนาและจัดวางเทคโนโลยี HBM มือถือ

Samsung: เปิดตัวแอลพีดี แดรม ในปี 2028

ตามรายงานก่อนหน้านี้ LPW DRAM ของ Samsung ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีเทคโนโลยีที่คล้ายกันมีความหน่วงแฝงต่ำและประสิทธิภาพแบนด์วิดธ์สูงถึง 128GB/s ในขณะที่ใช้เพียง 1.2pJ/B และมีการวางแผนเพื่อให้เกิดการผลิตมวลเชิงพาณิชย์ใน 2025-2026

ควรสังเกตว่าชิป HBM มือถือที่แสดงโดย LPDDR ไม่เหมาะสำหรับโครงการเชื่อมต่อ TSV เดียวกับ HBM เนื่องจากขนาดเล็ก ในขณะเดียวกันลักษณะที่มีต้นทุนสูงและผลผลิตต่ำของกระบวนการผลิต HBM ไม่สามารถตอบสนองความต้องการ DRAM มือถือที่มีความจุสูง

เป็นผลให้ Samsung Electronics และ SK Hynix ได้ใช้วิธีการบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงอื่น

วิธี VCS ของ Samsung Electronics (เสาทองแดงแนวตั้ง) เป็นวิธีที่ชิป DRAM ที่ตัดจากเวเฟอร์จะถูกวางในรูปแบบขั้นตอนแข็งด้วยวัสดุอีพ็อกซี่แล้วเจาะและเต็มไปด้วยทองแดง

จากข้อมูลของ Samsung Electronics เทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ขั้นสูง VCS มีการเพิ่มขึ้นของความหนาแน่นของ I/O และ 2.6 เท่าของแบนด์วิดท์เมื่อเทียบกับพันธะลวดแบบดั้งเดิมและ A 9- เพิ่มประสิทธิภาพการผลิต ตามแผน Samsung Mobile HBM จะเปิดตัวในช่วงครึ่งหลังของปี 2025 ถึง 2026

อย่างไรก็ตามการตัดสินจากการเปิดเผยข้อมูลล่าสุดจนถึงตอนนี้ดูเหมือนว่าจะมีการอัปเดตใหม่เกี่ยวกับการพัฒนานี้

ที่ ISSCC เมื่อเร็ว ๆ นี้ 2025, Song Jae-Hyuk, CTO ของแผนก DS ของ Samsung Electronics และหัวหน้าห้องปฏิบัติการวิจัยเซมิคอนดักเตอร์เปิดเผยว่า Samsung วางแผนที่จะเปิดตัวอุปกรณ์มือถือที่ติดตั้ง LPW DRAM

LPW เป็นที่รู้จักกันในชื่อ LLW หรือ "หน่วยความจำที่กำหนดเอง" ด้วยการเกิดขึ้นในฐานะหน่วยความจำรุ่นต่อไปอุตสาหกรรมโดยรวมใช้ชื่อต่าง ๆ ในขณะที่พัฒนามาตรฐาน แต่ไม่ว่าจะเป็นชื่อใดเป้าหมายก็เหมือนกัน: เพื่อเพิ่มจำนวนช่อง I/O และลดความเร็วของแต่ละช่องในขณะที่บรรลุประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นและการใช้พลังงานที่ลดลง นอกจากนี้เทคโนโลยียังมีอยู่ในแพ็คเกจสายแนวตั้ง (VWB) ที่แปลงเส้นทางสัญญาณจากโค้งเป็นเส้นตรง

ในแง่ของประสิทธิภาพที่เฉพาะเจาะจง LPW DRAM สแต็ค LPDDR DRAM เพื่อเพิ่มจำนวนอินเทอร์เฟซ I/O อย่างมากเพื่อให้บรรลุเป้าหมายคู่ของการปรับปรุงประสิทธิภาพและลดการใช้พลังงาน แบนด์วิดท์ของมันสามารถเข้าถึงได้มากกว่า 200GB/s ซึ่งสูงกว่า LPDDR5X ที่มีอยู่ 166% ในเวลาเดียวกันการใช้พลังงานจะลดลงเป็น 1.9pJ/บิตซึ่งต่ำกว่า LPDDR5X 54% แอปพลิเคชันของเทคโนโลยีนี้จะช่วยให้อุปกรณ์มือถือมีประสบการณ์ที่ราบรื่นขึ้นเมื่อใช้เกมขนาดใหญ่การแก้ไขวิดีโอและแอพพลิเคชั่นประสิทธิภาพสูงอื่น ๆ ในขณะที่ยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ของอุปกรณ์ มีรายงานว่า Samsung ประกาศในงาน "Semicon Taiwan" ที่จัดขึ้นในเดือนกันยายนปีที่แล้วว่าประสิทธิภาพของ LPW DRAM สูงกว่า 133% ของ LPDDR5X ซึ่งหมายความว่าเป้าหมายการปฏิบัติงานเพิ่มขึ้นในเวลาน้อยกว่าหกเดือน

ชุดของความก้าวหน้านี้ถูกผูกไว้เพื่อให้การสนับสนุนหน่วยความจำที่มีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้มากขึ้นสำหรับจำนวนแอพพลิเคชั่น AI ที่เพิ่มขึ้น

SK HYNIX: เทคโนโลยี VFO เร่ง HBM มือถือ

ซึ่งแตกต่างจาก VCS ของ Samsung, SK Hynix เลือกใช้สายทองแดงแทนเสาทองแดง ซึ่งแตกต่างจาก Samsung Electronics ในแง่ของการเชื่อมต่อส่วนประกอบและลำดับกระบวนการมันใช้สายทองแดงเพื่อเชื่อมต่อ Drams ที่ซ้อนกันแล้วฉีดอีพอกซีเรซินลงในพื้นที่ว่าง

เทคโนโลยีนี้เรียกว่า "VFO (Fan-out-out-out)" และคล้ายกับวิธีการในปัจจุบันของการใช้วัสดุ MUF เพื่อเติมช่องว่างระหว่างสแต็ค DRAM เพื่อให้ได้ HBM

SK Hynix ชี้ให้เห็นว่าเทคโนโลยี VFO ผสมผสาน FOWLP (บรรจุภัณฑ์ระดับเวเฟอร์) และเทคโนโลยีการจัดซ้อน DRAM และเทคโนโลยี VFO ทำให้เส้นทางการส่งสัญญาณไฟฟ้าสั้นลงอย่างมีนัยสำคัญระหว่าง DRAM หลายชั้นผ่านการเชื่อมต่อแนวตั้งทำให้ความยาวของเส้นลดลงน้อยกว่า 1/4 วิธีนี้เพิ่มการกระจายความร้อน 1.4%แต่ลดความหนาของแพ็คเกจลง 27%

จะเห็นได้ว่าแอปพลิเคชัน AI ในด้านอุปกรณ์ของอุปกรณ์มือถือต้องการพื้นที่จัดเก็บความเร็วสูงและความเร็วสูงเพื่อรองรับและแอปพลิเคชันของ HBM ในสมาร์ทโฟนแท็บเล็ตและสมุดบันทึกกำลังกลายเป็นเทรนด์ จากข้อมูลบางอย่างคาดว่าภายในปี 2570 ส่วนแบ่งการตลาดของโทรศัพท์มือถือ AI ที่รวมเข้ากับ HBM จะเกิน 50%และแท็บเล็ตและแล็ปท็อปจะค่อยๆตามมา

เมื่อ SK Hynix และ Samsung Electronics สร้างความก้าวหน้าในการซ้อน LPDDR และบรรจุภัณฑ์ชิป HBM มือถือเป็นทางเลือกที่ดีอย่างไม่ต้องสงสัย

ความแตกต่างในกลยุทธ์เทคโนโลยีของทั้งสอง บริษัท มีค่าควรให้ความสนใจเนื่องจากพวกเขาสามารถเปลี่ยนภูมิทัศน์ของตลาด HBM มือถือได้ เช่นเดียวกับความแตกต่างของเทคโนโลยี HBM ในตลาด Data Center กำหนดการปกครองของตลาด AI HBM มือถือได้ดึงดูดความสนใจเป็นหน่วยความจำ AI สำหรับสมาร์ทโฟนพีซีชุดหูฟัง XR และอุปกรณ์อื่น ๆ และคาดว่าจะมีผลกระทบโดยตรงต่อตลาด AI บนอุปกรณ์มือถือ

ทหารผ่านศึกอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์กล่าวว่า "ซัมซุงมุ่งเน้นไปที่การออกแบบแบนด์วิดท์สูง (LP กว้าง I/O) และจัดลำดับความสำคัญของผลิตภัณฑ์ที่สมบูรณ์แบบ SK Hynix ในทางกลับกันกำลังมุ่งเน้นไปที่การใช้พลังงานต่ำและการทำให้ผอมบาง (VFO) เปลี่ยนจากการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีเป็นการแข่งขันที่ครอบคลุมกับลูกค้าในแง่ของความสามารถในการผลิตจำนวนมากและระบบนิเวศของลูกค้า Samsung ลดช่องว่างผ่านนวัตกรรมกระบวนการและการขยายกำลังการผลิตในขณะที่ SK Hynix ยังคงเป็นผู้นำด้วยความได้เปรียบในการให้ผลผลิตและกลยุทธ์ที่กำหนดเอง ด้วยการผลิตจำนวนมากของ HBM4 หลังจากปี 2025 ผู้ผลิตทั้งสองจะเร่งการกระจายอำนาจของเทคโนโลยีไปยังเทอร์มินัลมือถือขับเคลื่อนการปฏิวัติประสิทธิภาพของสมาร์ทโฟนพีซีและอุปกรณ์ AR/VR

มีรายงานว่า HBM มือถือมีแนวโน้มที่จะผลิตในรูปแบบที่กำหนดเองและมอบให้กับผู้ผลิตชิปสมาร์ทโฟนซึ่งจะเปลี่ยนโมเดลผู้จัดหาเป็นศูนย์กลางก่อนหน้าเป็นวิธีการที่ศูนย์อุปสงค์เป็นศูนย์กลาง เช่นเดียวกับ SK Hynix ก่อนหน้านี้ได้จัดทำ DRAM พลังงานต่ำที่กำหนดเองสำหรับชุดหูฟังของ Apple "Vision Pro" แต่ก็ยังไม่ชัดเจนว่าการปรับแต่งแตกต่างจาก บริษัท หนึ่งไปอีก บริษัท หนึ่งเนื่องจากมือถือ HBM ยังคงอยู่ในขั้นตอนการวิจัยและพัฒนา ในความเป็นจริงเมื่อ HBM ถูกใช้ในรถยนต์ HBM2E ของ SK Hynix ซึ่งผลิตโดยเฉพาะสำหรับรถยนต์ได้รับการปรับแต่งตามความต้องการของเขตข้อมูลเฉพาะ