HBM 開發(fā)路線圖揭曉：2038 年將推出 HBM8，具有 16,384 位接口和嵌入式 NAND

韓國頂尖國家級研究機(jī)構(gòu) KAIST 發(fā)布了一份 371 頁的論文，詳細(xì)介紹了到 2038 年高帶寬內(nèi)存（HBM）技術(shù)的演進(jìn)，展示了帶寬、容量、I/O 寬度以及熱量的增加。該路線圖涵蓋了從 HBM4 到 HBM8 的發(fā)展，包括封裝、3D 堆疊、以內(nèi)存為中心的架構(gòu)以及嵌入 NAND 存儲，甚至基于機(jī)器學(xué)習(xí)的方法來控制功耗。 

請記住，該文件是關(guān)于 HBM 技術(shù)假設(shè)演進(jìn)的，基于當(dāng)前行業(yè)和研究方向，而不是任何商業(yè)公司的實(shí)際路線圖。

（圖片來源：KAIST）

每堆疊的 HBM 容量將從 288GB 增加到 348GB（用于 HBM4），增加到 5,120GB 到 6,144GB（用于 HBM8）。同時(shí)，隨著性能的提升，功耗也將隨之增加，從使用 HBM4 時(shí)的每堆疊 75W 增加到使用 HBM8 時(shí)的 180W。

在 2026 年至 2038 年期間，內(nèi)存帶寬預(yù)計(jì)將從 2TB/s 增長到 64TB/s，數(shù)據(jù)傳輸速率預(yù)計(jì)將從 8GT/s 增長到 32GT/s。每個 HBM 封裝的 I/O 寬度也將從目前的 HBM3E 的 1,024 位接口增加到 HBM4 的 2,048 位，然后一直增加到 HBM4 的 16,384 位。

（圖片來源：KAIST）

我們已經(jīng)對 HBM4 了如指掌，并且知道 HBM4E 將向基礎(chǔ)芯片添加可定制性 ，以使 HBM4E 更適合特定應(yīng)用（人工智能、高性能計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)等）。 

預(yù)計(jì)這些功能將保留在 HBM5 中，HBM5 還將部署堆疊去耦電容器和 3D 緩存。隨著新的內(nèi)存標(biāo)準(zhǔn)的到來，性能將得到提升，因此預(yù)計(jì)在 2029 年推出的 HBM5 將保持 HBM4 的數(shù)據(jù)傳輸速率，但預(yù)計(jì)將 I/O 數(shù)量增加到 4,096，從而將帶寬提高到 4 TB/s，并將每堆棧容量提高到 80 GB。

每堆棧功耗預(yù)計(jì)將增長到 100 W，這將需要更先進(jìn)的冷卻方法。有趣的是，KAIST 預(yù)計(jì) HBM5 將繼續(xù)使用微凸點(diǎn)技術(shù)（MR-MUF），盡管據(jù)報(bào)道行業(yè)已經(jīng)開始考慮直接鍵合  與 HBM4。此外，HBM5 還將將在基礎(chǔ)芯片上集成 L3 緩存、LPDDR 和 CXL 接口，以及熱監(jiān)控。KAIST 還預(yù)計(jì)人工智能工具將從優(yōu)化物理布局和減少抖動等方面開始發(fā)揮作用，與 HBM5 代產(chǎn)品。

（圖片來源：KAIST）

HBM6 預(yù)計(jì)將在 2032 年接替，將傳輸速度提高到 16 GT/s，每堆棧帶寬提高到 8 TB/s。每堆棧的容量預(yù)計(jì)將達(dá)到 120 GB，功率上升到 120W。KAIST 的研究人員認(rèn)為，HBM6 將采用無凸點(diǎn)的直接鍵合，以及結(jié)合硅和玻璃的混合中間層。架構(gòu)變化包括多塔內(nèi)存堆棧、內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)交換和廣泛的硅通孔(TSV)分布。AI 設(shè)計(jì)工具擴(kuò)展范圍，結(jié)合用于信號和電源建模的生成方法。

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HBM7 和 HBM8 將更進(jìn)一步，HBM8 將達(dá)到每堆棧 32 GT/s 和 64 TB/s。容量預(yù)計(jì)將擴(kuò)展到 240 GB。封裝預(yù)計(jì)將采用全 3D 堆疊和雙面轉(zhuǎn)換器，并帶有嵌入式流體通道。

雖然 HBM7 和 HBM8 在形式上仍將屬于高帶寬內(nèi)存解決方案系列，但它們的架構(gòu)預(yù)計(jì)將與我們現(xiàn)在所知的 HBM 有巨大差異。HBM5 將增加 L3 緩存和用于 LPDDR 內(nèi)存的接口，但這些代預(yù)計(jì)將集成 NAND 接口，從而實(shí)現(xiàn)從存儲到 HBM 的數(shù)據(jù)傳輸，而無需 CPU、GPU 或 ASIC 的過多參與。但這將以功耗為代價(jià)，預(yù)計(jì)每堆棧功耗為 180W。據(jù) KAIST 稱，AI 代理將管理熱能、功耗和信號路徑的實(shí)時(shí)協(xié)同優(yōu)化。

（圖片來源：KAIST）

請記住，KAIST 是一個研究機(jī)構(gòu)，而不是一個有實(shí)際路線圖的公司，因此它幾乎無法根據(jù)今天所掌握的創(chuàng)新知識來模擬可能發(fā)生的事情。半導(dǎo)體行業(yè)中有其他值得尊敬的研究機(jī)構(gòu)，包括比利時(shí)的 Imec、法國的 CEA-Leti、德國的 Fraunhofer 和美國的 MIT，僅舉幾例。這些機(jī)構(gòu)就半導(dǎo)體工藝節(jié)點(diǎn)、芯片材料和其他相關(guān)主題發(fā)布了類似的預(yù)測。一些預(yù)測在今天看來可能不切實(shí)際，但行業(yè)往往會以意想不到的方式生產(chǎn)產(chǎn)品，因此許多預(yù)測成真，有時(shí)甚至被實(shí)際制造商，如英特爾或臺積電，超越。