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三星发布下一代AI存储技术路线图,晶圆键合成核心
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三星电子在未来存储与存储(FMS)大会上,发布了三项面向 AI 基础设施的下一代存储技术,旨在突破当前在性能、功耗和容量方面的瓶颈。

三项新技术有一个共同点:均采用晶圆键合工艺。晶圆键合是一种半导体制造技术,将两片或多片已完成制造的硅晶圆永久接合,形成单一集成器件。与在同一晶圆上制造所有组件的传统方式不同,该工艺将不同部件分别制造,再以极高精度对齐并键合。

晶圆键合的意义在于,它是在传统制造工艺逼近物理与经济极限后,为数不多仍能推动半导体器件持续微缩的方式之一。三星表示,该技术将存储单元阵列与外围电路分别制造后再键合,可在相同二维空间内实现更高的存储密度,并允许针对每片晶圆独立选用最优制造工艺。

晶圆键合目前已应用于 NAND 闪存的 3D 堆叠。这种技术不再将存储电路平铺展开,而是像高层建筑一样垂直叠加。该技术于 2014 年首次引入,当时为 24 层 NAND 闪存,去年已突破 300 层。

此次发布的核心是 BV-NAND(Bonding V-NAND),即三星采用晶圆键合技术的下一代闪存架构。三星表示,该技术可实现超过 400 层的 NAND 器件,与现有 V9 代产品相比,存储密度提升约 58%,同时改善读写及输入 / 输出性能,降低功耗,更适合日益依赖大容量闪存的 AI 服务器。

除 BV-NAND 外,三星还发布了两项面向更长远未来的存储概念,有望从根本上改变 AI 系统架构。

第一项名为 zHBM,方案是将 HBM 存储直接堆叠在 AI 加速器上方,而非像现在这样置于处理器旁侧。这将缩短数据在处理器与存储之间的传输距离。三星表示,该设计可大幅提升带宽、降低功耗并减少热阻。据估算,结合晶圆键合技术,zHBM 最终可实现超过传统 HBM5 十倍的存储密度,能效提升三倍,热阻降低逾一半。不过,zHBM 目前仍处于研究概念阶段,尚未进入部署规划。

第二项名为 zNAND-O,是另一项旨在将三维存储扩展至传统 NAND 实现之外的概念架构。三星披露的细节有限,仅表示 zNAND-O 是基于 V-NAND 技术构建的下一代高性能 NAND 解决方案,目前正在开发四层和八层版本。

上述技术反映出 AI 需求正在驱动芯片研发方向。HBM 已成为 AI 计算的重要组件,但行业很快遭遇了带宽与速度的瓶颈。三星此次发布的技术,正是其应对带宽挑战的最新尝试。

Q&A

Q1:BV-NAND 是什么?与现有 NAND 技术相比有哪些提升?

A:BV-NAND 是三星基于晶圆键合工艺开发的下一代闪存架构,全称为 Bonding V-NAND。它可实现超过 400 层的 NAND 堆叠,与现有 V9 代产品相比存储密度提升约 58%,同时改善读写和输入 / 输出性能,并降低功耗,更适合 AI 服务器对大容量闪存的需求。

Q2:zHBM 技术的原理是什么?现在可以用了吗?

A:zHBM 的核心思路是将 HBM 存储直接堆叠在 AI 加速器上方,而非像现在这样放置在处理器旁侧,从而缩短数据传输距离,大幅提升带宽并降低功耗和热阻。三星估算该技术可实现超过传统 HBM5 十倍的存储密度,能效提升三倍。但目前 zHBM 仍是研究概念,尚未进入实际部署阶段。

Q3:三星为什么要在这些新存储技术中都采用晶圆键合工艺?

A:晶圆键合是在传统半导体制造工艺逼近物理和经济极限后,少数仍能推动器件持续微缩的方式之一。它允许将存储单元阵列与外围电路分别制造,再以极高精度接合,既能提升存储密度,又能为每片晶圆独立选用最优工艺,是三星应对 AI 时代存储需求的关键制造技术路径。

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