互联的秘密——TSV
整个HBM显存体系最大的实践难点并不是内存控制体系的变动,而是互联问题的解决。堆叠之所以被称之为“堆叠”,就是因为其将若干片DRAM颗粒摞在一起放置的形式,这种堆叠方式不仅节约空间,而且能够带来更短的颗粒间距进而缩短信号传输路径及延迟,但这些颗粒不是光放在一起就能解决问题的,你还必须想办法把它们连起来才行。这个互联的过程成了困扰堆叠内存的最根本问题,直到TSV技术成熟的之后才得以解决。
HBM显存所采用的TSV技术本质上就是在保证结构强度的前提下在芯片(硅)上直接垂直通孔,厂商会采用名为穿透硅的技术对DRAM颗粒的边缘或特定位置进行穿孔处理,然后以这些孔为通路进行布线并完成垂直互联。通孔过程看似简单,但技术层面的进展一直相当不顺利。无论存储还是逻辑芯片的结构及加工过程都相当复杂,这注定了芯片本身的脆弱性,想要在不影响芯片强度以及完整性的前提下在一块DRAM颗粒上打洞,而且是不止一个的孔洞,这件事儿的具体技术细节根本无需讨论,光是想想就已经很难了。这种垂直互联不仅距离更短而且延迟更低,这是HBM显存的一大优势。
在演化出了分别对应不同的通孔时机的via middle和via last这两大分支之后,TSV技术的发展已经日趋成熟,现代的穿透硅技术成功解决了稳定性及成本等问题。无论是先通孔的via middle还是最后通孔的via last,两种工艺都可以实现稳定的DRAM颗粒通孔及互联过程,并且能够集成到当前的300mm wafer加工工艺当中,这给堆叠内存的实现铺平了最后的道路。