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史上最快DRAM——“HBM2E” 诞生背后的研发故事

By 2020年07月30日 No Comments

 DRAM已朝着超高速、大容量、低功耗需求不断发展。其中,“速度”无疑是DRAM的关键要素。因此,“最快”这个称号在内存行业显得特别重要。7月2日,SK海力士宣布量产世界上速度最快的DRAM——“HBM2E”,开启了高端内存市场的新篇章。

1HBM2E:第二代HBM的扩展(Extended)版

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 世界上最快的“HBM2E”绝非偶然获得。2013年,SK海力士将硅通孔(Through Silicon Via,简称TSV)技术应用于DRAM,在业界首次成功研发出高带宽存储器(High Bandwidth Memory,简称HBM)。SK海力士凭借HBM大幅提高处理速度,在DRAM发展史上树立了新的里程碑。此后,SK海力士继续加大研发力度,并在去年8月成功研发HBM2E后,仅用了10个月的时间就实现量产。

 SK海力士的HBM2E以每个引脚3.6Gbps(gigabits-per-second)的速度,每秒能处理超过460GB(Gigabyte)的数据,包含1024个数据I/O(输入/输出)。它是业界最快的DRAM解决方案,能够每秒传输124部全高清(full-HD)电影(每部3.7GB)。通过硅通孔技术垂直堆叠8个16GB芯片,HBM2E的容量为16GB,是上一代产品(HBM2)的2倍多。

从HBM2再迈关键一步,打造业界最快DRAM

 从HBM的诞生和发展到今天的HBM2E,DRAM Product Planning旗下的IPM Planning Team全程参与并倾注了辛勤汗水与心血。

(左起)IPM Planning Team的郑然丞Technical Leader(TL)、朴正洙TL、金演洙TL、
安昶用TL、金王寿 Project Leader(PL)、李显民TL、安恩智TL

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Q. Product Planning在半导体开发过程中扮演什么角色?

金王寿Project Leader(PL): 我们的职责是积极预测半导体行业的技术变化,通过各种外部活动和与客户的沟通进行验证, 制定产品规格(如产品特性和进度计划),并获得全公司对产品开发阵容的共识。换句话说,我们规划如何将客户所需的产品实现商业化。

金王寿PL

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Q. 策划HBM2E的背景是什么?

金演洙Technical Leader(TL): SK海力士在世界上首次研制出HBM,但随后推出的几代产品未能保持领先地位。因此,所有团队成员在策划HBM2E时都下定决心要升级产品规格。HBM2E是介于HBM2和HBM3之间的产品,其设计目标是比HBM2速度更快、容量更大、功耗更低。最近实现量产的HBM2E,市场反响极佳,我们感到非常自豪。

金演洙TL

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Q. HBM2E以每个引脚3.6GB每秒的速度每秒处理超过460GB的数据,是业界最快的DRAM。容量也比上一代翻了一番,为16GB。实现更高性能的秘诀是什么?

金演洙TL: 为了更好地解释这个问题,首先要理解HBM。HBM之所以能够获得比现有DRAM更高的性能,是因为它完全改变了芯片间传输数据的结构。TSV技术将多个DRAM芯片垂直堆叠后,建立穿透整层硅片的柱状路径,以此来传递命令和数据。也就是说,现有结构的信号传输线因其结构不得不使用较长的导线,但采用这项新技术,传输线会变得更短,传输速度就会更快,而且还能降低信号丢失的可能性。

李显民TL: 制造世界上性能最好的产品,需要高水平的微细加工技术。我们在开发初期面临了许多挑战,但经过多次讨论后,选择和应用了对HBM2E最关键的技术。由于各部门的通力合作,我们成功批量生产出超越其他竞争对手的产品。

Q. HBM2E安装在哪些产品中?未来会应用于哪些领域?

朴正洙TL: HBM属于高端产品系列,是一种适合应用于高性能计算(HPC)、超级计算机和人工智能(AI)的内存解决方案,能满足对高性能计算的应用需求。此外,随着数据传输量剧增的5G时代的到来,对HBM的需求预计将进一步提升。

与客户沟通应争当“快速主动 (First Mover)”而不是“被动等待 (Fast Follower)”

 “最早”开发“最好的”技术固然重要,但只有在满足市场需求时,开发出来的技术才会有意义。从开发到量产需要很长的时间,但还是需要提前与客户讨论未来的技术。为此,IPM Planning Team努力与客户保持密切沟通。

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Q. 在开发过程中遇到了哪些困难?怎么克服了这些挑战?

金王寿PL :HBM是无法独立运行的半成品,因此需要将其安装到客户系统上,以验证操作中没有任何问题。我们曾预计该产品的验证工作大约需要三到六个月的时间,但因出现一些意料不到的变数,实际上花了将近一年的时间。这是由于缺乏经验导致的。但我们将其作为前车之鉴,所有成员同心协力专注于提高HBM2E性能,在短时间内成功实现了量产。

安恩智TL

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Q. 金王寿PL提到与客户的沟通很重要,其具体方法是什么?

安恩智TL: 我们团队最重要的职责之一是了解客户和市场的需求,并策划满足这些需求的产品。即使我们生产的产品性能达100%,也只有在客户需要这种性能时才有意义。在策划产品之前,我们会花时间与客户具体讨论需要什么样的性能以及何时供货。由于这是一种对未来的预测,有时会在供需方面存在分歧。如果遇到这种情况,我们会试图向客户转达内部意见来寻求折衷方案,反之亦然。协调内部和外部的意见谈何容易,但这份工作充满活力,很有意思。

Q. 在与客户协调意见时是否遇到过问题?他们的反应如何?

金王寿PL: 在验证过程中发现产品缺陷时,我们不仅在内部解决问题,还会向客户通报,以便共同寻找解决方案。不做“被动等待 (Fast Follower)”,而作为“快速主动 (First Mover)”主动采取行动时,就会得到好的结果。这样可以在短时间内反映客户要求,及时向客户通报开发过程中出现的问题,从而达成协议。我认为至今所取得的亮眼成绩得益于畅通的内外部沟通机制。

HBM2E:第四次工业革命的核心

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Q. HBM2E对SK海力士意味着什么?

李显民TL: 推出一款产品时,我们会看到市场的规模或前景,而HBM2E是着眼于后者的产品。它主要应用于超级计算机、人工智能和5G网络等第四次工业革命时代的关键产业。由于这是一款高性能产品,市场规模还不算很大,但考虑到这些产业的增长潜力,HBM2E的发展前景指日可待。

金演洙TL:“世界第一”不是花言巧语而是事实。正如SK海力士的“创造更美好世界的技术创新者”这一愿景,我认为成功量产世界最快DRAM的这一事实,足以提高了作为一家技术公司的自尊心。

Q. 为争创第一而不断创新技术的SK海力士,下一步工作计划是什么?请说说SK海力士的未来计划和目标。

金王寿PL: 基于HBM2E的成功,现在正是走向HBM3的时候了。目前,国际半导体标准化组织即电子设备工程联合委员会(Joint Electron Device Engineering Council,简称JEDEC)正在讨论制定HBM3产品的标准。为了使SK海力士的HBM3同HBM2E一样成为龙头产品,包括Product Planning部门在内,SK海力士全体员工正上下一心,艰苦奋斗。我相信在众人的共同努力下,SK海力士一定能够再次生产出全球最好的HBM产品。

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