TSV技术：解锁HBM无可比拟的“容量和速度”

各大制造商已经纷纷引进了高带宽存储器 (High Bandwidth Memory, 简称HBM），采用硅通孔（Through Silicon Via, 简称TSV）技术进行芯片堆叠，以增加吞吐量并克服单一封装内带宽(Bandwidth)的限制。在这一趋势下，SK海力士早在2013年便率先开始了HBM的研发，以尝试提高容量和数据传输速率。SK海力士现已充分发挥了最新HBM2E的潜能，通过TSV将8个16Gb芯片纵向连接，从而实现了16GB传输速率。

TSV由一个电路芯片和一个“Interposer”（即位于电路板和芯片之间的功能包）上方的多层DRAM组成。简单来说，TSV可以比喻成一幢公寓式建筑结构，建筑地基（Interposer）上方是社区活动中心（逻辑芯片），再往上是层层叠加的公寓房间（DRAM）。与传统方法不同，TSV技术就好比在芯片上钻孔，然后一个一个地堆叠起来。作为一种封装技术，它通过这些孔内的导电电极连接芯片，由此数据可以垂直移动，仿佛安装了一台数据电梯。与传统的采用金线键合技术生产的芯片相比，这种技术连接更短，因而信号路径更短，具有更低功耗的高速性能。另外，与传统方法相比，穿透芯片可以在芯片之间形成更多通道。

从HBM到HBM2E的进化

相比依赖于有线处理的DRAM封装技术，HBM在数据处理速度方面显示出了高度的改良。不同于金线缝合的方式，通过TSV技术，HBM可将超过5,000个孔钻入相互纵向连接的DRAM芯片中。在这样一个快速崛起的行业趋势下，SK海力士于2019年8月开发出了具有超高速性能的HBM2E。这是目前行业中拥有最高性能的一项技术。与之前的HBM2标准对比，HBM2E将提高50%的数据处理速度。由于这一高度改良，它将成为新一代HBM DRAM产品。

不同于传统结构采用模块形式封装存储芯片并在系统板上进行连接，HBM芯片与芯片与图像处理器(Graphics Processing Unit, 简称GPU)和逻辑芯片等处理器紧密地相互连接。在这样一个仅有几微米单元的距离下，数据可被更快地进行传输。这种全新的结构在芯片之间创造了更短的路径，从而更进一步加快了数据处理速度。

随着数据不断增加，对于高性能存储器的需求将在第四次工业革命中持续增长。HBM已经在GPU中被使用。HBM2E或将成为包括新一代GPU、高性能计算机处理、云计算、计算机网络、以及超级计算机在内等高性能装置中的一种高端存储器半导体，以满足这些装置对于超高速运作这一特性的要求。除此之外，HBM2E也将在一些高科技行业中扮演重要角色，例如机器学习和AI系统等。另外，随着游戏产业中对图形应用的日益扩大，HBM技术的采用也相应增加，以此可以处理大屏幕下更多像素的需求。通过更高的计算机处理速度，HBM也为高端游戏提供了更好的稳定性。

 来源：SK 海力士