Компания Samsung Electronics объявила о значительных изменениях в архитектуре системы питания для памяти нового поколения HBM4E. Переработка направлена на решение одной из ключевых инженерных проблем современных ускорителей искусственного интеллекта — стабильного энергоснабжения высокоплотных стеков памяти при росте производительности и энергопотребления.
Заявление прозвучало спустя всего две недели после начала поставок первой коммерческой памяти стандарта HBM4, которая уже демонстрирует стабильную скорость передачи данных около 11,7 Гбит/с с потенциальным увеличением до 13 Гбит/с. Однако переход к версии HBM4E сопровождается серьёзным ростом сложности внутренней разводки питания. Количество силовых контактов (power bumps) увеличивается с 13 682 до 14 457, при этом они размещаются на той же площади кристалла, что требует более плотной и тонкой металлизации.
Подобная миниатюризация приводит к росту плотности тока и электрического сопротивления, что вызывает так называемый IR-drop — падение напряжения по мере прохождения через проводящие дорожки. Дополнительной проблемой становится тепло, которое усиливает деградацию сигналов и формирует замкнутый цикл: повышенная температура увеличивает сопротивление, что ещё сильнее снижает стабильность питания и может негативно сказаться на производительности или даже привести к отказу схем.
Чтобы устранить эту проблему, инженеры Samsung переработали структуру распределения питания. В предыдущей архитектуре HBM4 основной блок питания MET4 на базовом кристалле представлял собой крупную централизованную структуру, напоминающую соты и расположенную рядом с интерпозером. В новой реализации этот блок был разделён на четыре отдельные секции, а верхние слои металлизации дополнительно сегментированы. Такой подход позволил уменьшить перегруженность трассировки и сократить длину проводящих путей.
По данным компании, результаты оказались заметными: количество дефектов металлических соединений снизилось примерно на 97 % по сравнению с HBM4, а падение напряжения удалось уменьшить на 41 %. Это создаёт дополнительный запас по напряжению, который можно использовать для увеличения частоты работы памяти и повышения общей надёжности системы.
Параллельно Samsung изучает более радикальные архитектурные изменения. Одним из рассматриваемых вариантов является физическое разделение модулей HBM и графического процессора. В качестве решения предлагается использование фотонных межсоединений, позволяющих передавать данные по оптическим каналам со скоростями терабитного уровня, что примерно в тысячу раз быстрее традиционных медных соединений. Такая технология может компенсировать увеличенную дистанцию между компонентами.
В компании также отмечают, что дальнейшее развитие технологий разводки подложек теоретически позволит размещать стек памяти и графический процессор на расстоянии более пяти сантиметров друг от друга. Подобная архитектура может существенно упростить тепловое управление в системах для ИИ-вычислений, где плотность компонентов уже стала серьёзным ограничением для дальнейшего роста производительности.