Una breve panoramica dell'ingegneria della gestione termica e della tecnologia dei materiali di SK Hynix
Il 18 giugno, SK Hynix ha annunciato di aver iniziato a spedire campioni della sua memoria HBM4E a larghezza di banda elevata-di settima generazione a 12-layer stacked ai principali clienti, entrando ufficialmente nella fase di convalida del cliente. Questo nuovo prodotto DRAM a prestazioni ultra-elevate-, progettato per l'AI di prossima-generazione, offre numerosi miglioramenti, tra cui una velocità massima di elaborazione dei dati di 16 Gbps per pin, un'efficienza energetica migliore di oltre il 20% rispetto a HBM4 e, pur raggiungendo una capacità di 48 GB con 12 livelli di stacking, sfrutta un processo MR-MUF avanzato che riduce la resistenza termica di circa il 17% rispetto a HBM4.
Innovazioni nel collo di bottiglia della dissipazione termica
La HBM ottiene un'elevata larghezza di banda impilando verticalmente i chip DRAM, ma questa architettura 3D presenta gravi sfide di gestione termica. Nel 2019, SK Hynix ha introdotto la tecnologia di imballaggio MR-MUF (Mass Reflow Molded Underfill), che utilizza resine epossidiche e riempitivi (come allumina e nitruro di boro) per migliorare la resistenza meccanica e la conduttività termica. Il materiale di riempimento scorre tra i trucioli e il substrato ad alte temperature e viene quindi polimerizzato, consentendo un imballaggio e una dissipazione del calore efficienti. Tuttavia, poiché gli strati dello stack continuavano ad aumentare, l'MR-MUF iniziale si è rivelato inadeguato per la dissipazione del calore e il controllo della deformazione. SK Hynix ha quindi sviluppato una tecnologia MR-MUF di prossima generazione che ha raggiunto risultati fondamentali: le prestazioni di dissipazione termica del sistema di riempimento della resina epossidica sono state migliorate di 1,6 volte e una tecnologia pionieristica di controllo dei trucioli, che utilizza temperature elevate istantanee per unire le protuberanze e fondere il materiale di riempimento, fornisce un supporto meccanico stabile dopo il raffreddamento e l'indurimento, prevenendo efficacemente la deformazione dei trucioli. L'HBM4E, lanciato questa volta, continua a migliorare la dissipazione del calore anche con l'aumento della capacità, riflettendo i continui progressi nei materiali di imballaggio. Potrebbe anche incorporare la soluzione "iHBM", resa pubblica per la prima volta nel maggio di quest'anno, che riduce significativamente la generazione di calore posizionando-dispositivi termici incorporati sopra lo strato fisico D2D più caldo (die-to-die) per creare un canale di dissipazione del calore dedicato.
Prospettive per le tecnologie di dissipazione termica di prossima-generazione
Quanto sopra sono le soluzioni di dissipazione termica che SK Hynix ha reso pubbliche e sta implementando o ha già implementato. Inoltre, SK Hynix sta valutando la possibilità di combinare l'MR-MUF avanzato con il legame ibrido per i prodotti HBM a 16-strati e superiori. Il collegamento ibrido consente connessioni dirette da chip-a-chip senza intoppi, consentendo interconnessioni a densità più elevata-, latenza inferiore e prestazioni termiche superiori. In termini di riempitivi termicamente conduttivi, l'allumina sferica a basso- è già diventata un riempitivo chiave essenziale per i materiali da imballaggio HBM. Inoltre, man mano che HBM si evolve verso un numero di stack più elevato, i materiali di imballaggio devono affrontare sfide sempre più impegnative in termini di dissipazione del calore, integrità del segnale e affidabilità, e i materiali ceramici-ad alta-conduttività termica-compresi riempitivi e materiali termici integrati-stanno giocando un ruolo sempre più importante. È chiaro che la futura concorrenza della HBM non riguarderà solo la larghezza di banda e la capacità, ma anche un concorso globale di capacità di scienza dei materiali e di ingegneria della gestione termica.