Японците ускориха HBM паметта четири пъти — те просто премахнаха “излишните“ контакти от чиповете

Учени от Токийския технологичен институт представиха вариант на стекова оперативна памет, която е четири пъти по-бърза от HBM2E паметта, като същевременно консумира пет пъти по-малко енергия. Новият вариант на паметта беше наречен Bumpless Build Cube 3D (BBCube), защото не съдържа традиционните масиви от широки контакти за послойно запояване на кристала.

Решението беше представено на симпозиума VLSI IEEE 2023 през юни 2023 г. Японските изследователи не само са предложили концепция, но са представили и подробно описание на техническия процес за производство на такава памет.

Известно е, че HBM паметта помага за заобикаляне на редица ограничения за работа с CPU и GPU RAM блоковете. Това са ограничения върху количеството оперативна памет, достъпна за процесора, което HBM стековата архитектура заобикаля, както и ограниченията на пропускателната способност, които също се решават от стека и структурната организация на HBM.

Същевременно, съвременният подход към сглобяване на HBM-стековете налага своите ограничения върху възможностите на тази памет. Всеки слой (DRAM матрица) в стека не може да бъде направен по-тънък от определена величина и броят на междуслойните сферични-контакти не може да бъде увеличен над определеното значение. В противен случай са възможни механични повреди и късо съединение. Казано по-просто, това повишава нивото на брака, от който никой не се нуждае.

Японците предложиха да изхвърлят от технологичния процес при сглобяване на DRAM стека излишните контакти. Това ще осигури редица предимства: чиповете ще станат по-тънки, тъй като механичните напрежения в слоевете ще намалеят, TSV линиите за свързване ще станат по-къси (това ще позволи на чиповете да се охлаждат по-добре поради по-високата плътност на TSVs в обема на кристала — това ще бъдат вид топлинни тръби), стековете ще станат по-големи, което ще увеличи обема на отделните модули до 64 GB при използване на 16-GВ кристали (на теория е допустимо да се съберат до 40 кристала в стек).

Професор Такаюки Оба (Takayuki Ohba), ръководител на изследователския екип, е казал: „BBCube 3D има потенциала да постигне пропускателна способност от 1,6 терабайта в секунда, което е 30 пъти повече от DDR5 и четири пъти повече от HBM2E“.

Проблемът с взаимните смущения в силно уплътнените линии на TSVs-връзките се предлага да бъде решен чрез управление на фазите на сигналите в съседните линии. Управляващ сигнал в определена входно-изходна линия никога няма да се появи, докато съседните линии са активни.

Оба добави: „Благодарение на ниското термично съпротивление и ниския импеданс на BBCube, проблемите с терморегулацията и захранването, свързани с 3D-интеграцията, могат да бъдат преодолени. В резултат на това, предложената технология може да постигне невероятна пропускателна способност с енергии на битов достъп съответно 1/20 и 1/5 от DDR5 и HBM2E.“