SK海力士在Hot Chips 2026技術會議上公佈了下一代高頻寬記憶體(HBM)的先進封裝技術藍圖,明確將封裝視為推動HBM效能提升的核心。該公司封裝工程副總裁Jaesik Lee發表了題為“高頻寬記憶體先進封裝”的演講,詳細介紹了針對HBM4及後續產品的技術規劃。
當前HBM通過矽穿孔(TSV)將多層DRAM die垂直堆疊,再與基礎die整合,並通過矽中介層與GPU或其他AI加速器連線,形成典型的2.5D封裝架構。SK海力士指出,現有HBM堆疊高度最高可達16層,單個HBM模組擁有1024個I/O,通過16個通道經由矽中介層與XPU連線。與傳統的GDDR6相比,HBM在更小空間內提供更高頻寬和容量,同時降低功耗。例如,典型GDDR6方案提供24GB容量和768GB/s頻寬,而由4組HBM3E堆疊組成的方案容量可達144GB、頻寬達4TB/s,且佔用空間減少約一半。
在下一代產品方面,SK海力士計劃在HBM4中匯入最高24Gb的DRAM密度,支援2048個I/O,最高I/O速度達8Gbps,單堆疊頻寬可超過2TB/s。與HBM3E相比,HBM4的封裝高度和尺寸進一步增加,整合更多TSV和微凸塊。據SK海力士分享的資料,HBM4封裝高度約775微米,尺寸為12.8×11毫米,最多可具備16148個基礎微凸塊和超過2萬個TSV。目前12層產品已進入量產,16層產品仍處於認證階段,容量最高可達48GB。
在封裝工藝上,SK海力士目前主要採用熱壓鍵合搭配非導電膜(TC+NCF)和大規模回焊搭配模封底部填充(MR+MUF)兩種方式。TC+NCF在控制die翹曲方面有優勢,但熱阻較高、產能受限;MR+MUF則生產效率更高、熱阻更低,但對翹曲和間隙填充的控制要求更高。SK海力士已將先進的MR-MUF技術應用於16層HBM3E,並進一步引入翹曲控制、細間距互連和窄間隙填充等技術。
然而,隨著HBM頻寬提升,功耗和散熱負擔也同步增加,單純依靠增加堆疊層數或提高I/O速度已難以支撐後續效能擴張。為此,SK海力士轉向混合鍵合(Hybrid Bonding)技術。相比MR-MUF,混合鍵合可實現厚度增加24%的核心晶粒,TSV間距可縮小至18微米以下,同時在堆疊層數增加的情況下,熱阻可降低約35%。此外,SK海力士還開發了自家的I-HBM技術,針對HBM內部區域性熱點進行改善,據稱可額外降低超過30%的熱阻,以應對未來高功耗和高I/O速度下的區域性熱集中問題。
值得注意的是,SK海力士在演講中將Intel的EMIB和台積電的CoWoS技術並列提及。據外媒wccftech報道,市場傳出英特爾與SK海力士可能在記憶體領域成立合資企業的訊息。
展望未來,SK海力士計劃通過將TSV數量加倍、提高I/O速度,並結合邏輯製程整合來提升頻寬。針對電源與電源傳輸網路(PDN)的挑戰,公司將採用最新且經最佳化的邏輯晶圓代工製程,並讓Power TSV更廣泛地分佈於整體結構中,以大幅改善PDN效能。
此外,SK海力士正在思考HBM從2.5D走向3D的可能性。現階段HBM與GPU、AI加速器主要並排放置於矽中介層上,形成2.5D架構。公司的目標是佈局3D整合技術,最終將HBM堆疊在AI加速器上方,形成更緊密的3D整合架構。這種架構可大幅縮短記憶體與運算單元之間的距離,進一步提升頻寬和能源效率,但同時也帶來更嚴峻的散熱、供電、機械應力和良率挑戰。