三星重構(gòu)HBM4E電源網(wǎng)絡(luò)：大幅壓低缺陷率 并探索與GPU分離的可行性

三星正在對其新一代HBM4E高帶寬顯存的電源供給網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行大幅結(jié)構(gòu)性調(diào)整，以應(yīng)對下一代AI芯片設(shè)計(jì)中日益突出的供電與散熱工程難題。這一舉措出現(xiàn)在該公司宣布全球首批HBM4已實(shí)現(xiàn)商業(yè)出貨僅兩周之后，當(dāng)時(shí)量產(chǎn)產(chǎn)品已經(jīng)能夠在11.7 Gbps下穩(wěn)定運(yùn)行，并預(yù)留沖刺13 Gbps的速度冗余。

隨著架構(gòu)從HBM4演進(jìn)到HBM4E，單顆芯片上的供電焊凸點(diǎn)數(shù)量從13682個(gè)增加到14457個(gè)，但仍被壓縮在相同封裝面積內(nèi)，配合更薄、更高密度的布線，導(dǎo)致電流密度與導(dǎo)線電阻同步攀升。結(jié)果就是芯片內(nèi)部出現(xiàn)更嚴(yán)重的IR壓降（電壓在傳輸路徑上逐步衰減），在發(fā)熱疊加下形成負(fù)面反饋循環(huán)，不僅影響性能，還可能引發(fā)局部電路失效。

為破解這一供電瓶頸，三星選擇從電源網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)本身“開刀”。在HBM基底芯片上，原本位于互連中介層（interposer）附近、呈大面積蜂窩狀的集中式MET4電源塊被拆分成四個(gè)較小分區(qū)，上層金屬布線層也進(jìn)一步打散，縮短關(guān)鍵路徑、緩解局部走線擁堵。三星給出的內(nèi)部評估顯示，經(jīng)由這種分段式電源網(wǎng)絡(luò)后，金屬電路缺陷發(fā)生率相比HBM4下降了97%，同時(shí)IR壓降改善幅度達(dá)到41%，為芯片在更高頻率下穩(wěn)定運(yùn)行釋放出更多電壓裕量，也有助于整體可靠性提升。

在供電網(wǎng)絡(luò)“動刀”的同時(shí)，三星還把目光投向了更激進(jìn)的系統(tǒng)級封裝演進(jìn)路線——將HBM與GPU在物理上徹底“拆開”。其中一條技術(shù)路徑是利用光子互連，通過光信號傳輸在更遠(yuǎn)距離上維持極高帶寬，據(jù)介紹，其理論傳輸能力可達(dá)現(xiàn)有銅互連的約1000倍，足以彌補(bǔ)HBM與GPU被拉開間距后在延遲與帶寬上的損失。三星認(rèn)為，隨著封裝基板布線能力本身的持續(xù)進(jìn)步，即便在不完全依賴光子互連的前提下，HBM與GPU之間的距離也有望被拉大到5厘米以上，這將極大緩解當(dāng)前高端AI加速卡中核心計(jì)算芯片與多層HBM疊堆緊貼封裝所帶來的熱密度與散熱壓力。

業(yè)界分析指出，在AI訓(xùn)練與推理負(fù)載暴漲的背景下，HBM供電與散熱已經(jīng)成為制約算力繼續(xù)線性擴(kuò)展的關(guān)鍵“卡點(diǎn)”，三星在HBM4E上的電源網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)以及對HBM?GPU分離方案的前瞻性探索，顯示出其試圖在下一輪高端顯存技術(shù)競賽中占據(jù)先手的意圖。本次技術(shù)細(xì)節(jié)最初由韓媒《韓國經(jīng)濟(jì)》及市調(diào)機(jī)構(gòu)TrendForce披露，隨后得到三星相關(guān)技術(shù)展示資料的印證。