内存的瓶颈,早已不在 DRAM 单元

源自公众号:芯联汇

01-27 14:32

随着传统制程缩放放缓,内存性能的提升已不再局限于DRAM单元本身。一个核心趋势日益清晰:先进封装正成为突破带宽与能效瓶颈、定义未来计算架构的关键。此文旨在拆解这一转变,阐述为何封装技术已成为内存技术发展的新主战场。

内存的瓶颈,早已不在 DRAM 单元智能速览

  • 内存性能的主战场已从DRAM单元转向先进封装。

  • 技术路径正从依赖制程缩放转向系统级异构集成。

  • HBM是首个完全由先进封装定义能力边界的主流内存形态。

  • HBM未来的竞争力将越来越由封装工艺窗口决定。

  • 先进封装正在重构内存与计算之间的系统边界。

内存的瓶颈,早已不在 DRAM 单元精华内容

当摩尔定律放缓,单纯的晶体管缩放已难以为继,内存与计算的边界正在被重新定义,这一切都依赖于先进封装技术的突破。

范式转移

半导体产业的发展路径正在经历一次深刻的范式转移。过去,行业遵循“More Moore”路线,依赖制程的不断缩小来提升性能。然而,随着物理与经济极限的逼近,这条路的收益持续递减。

新的增长点转向了“More than Moore”或“Beyond Moore”时代,其核心是异构集成,即将不同功能的芯片通过先进封装技术整合在一起。先进封装成为了连接这两条路径的关键桥梁,将内存从孤立的器件转变为系统级解决方案的一部分。

HBM的启示

高带宽内存(HBM)是这一趋势下的最佳范例,它的成功并非源于DRAM单元的革命,而是完全由先进封装技术所定义。HBM的真正价值在于带宽、能效、封装形态与系统协同的整体优势。

其实现高度依赖TSV(硅通孔)3D堆叠、Micro-bump(微凸点)、2.5D硅中介层等核心封装工艺。可以说,没有这些封装技术的成熟,就不存在HBM这种能够满足AI计算等高带宽需求的主流内存形态。

封装的挑战

随着堆叠层数从8Hi向12Hi乃至16Hi发展,封装环节的挑战变得愈发严峻,并成为决定HBM性能与成本的关键。这些难点已不再是基础的TSV或凸块技术,而是更高精度的工艺控制。

热管理、芯片翘曲与应力控制、大规模堆叠下的良率保障,都成为了巨大的技术瓶颈。面向未来的HBM4,无间隙混合键合等更精细的工艺,对平坦度、粒子控制等提出了前所未有的要求,封装工艺窗口直接决定了产品的竞争力。

未来边界

“超越内存”的愿景远不止于HBM。先进封装的应用正在向外延伸,覆盖逻辑-内存、逻辑-逻辑的3D集成,催生出如SoIC、Foveros等新型架构。

同时,CXL(Compute Express Link)协议和PIM(Processing-in-Memory)技术的发展,也深度依赖于封装设计。CXL要求低成本的封装互连,而PIM则将计算逻辑与存储单元集成在同一封装内,其功耗、散热和互连密度完全由封装能力决定。封装正在从根本上重塑内存与计算的关系。

内存系统的未来,将由先进封装所定义的系统架构主导。当计算与存储全面走向异构集成,封装已从制造手段升级为一种核心架构能力。这场深刻的变革,将如何重塑我们对计算系统的根本认知?

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