三星拟通过结构重构解决 HBM4E 功耗瓶颈，缺陷率降低 97%
在高带宽内存（HBM）行业，速率、堆叠层数等性能指标向来是关注焦点，而能效正成为同等关键的考量因素。据韩国《韩经日报》消息，随着行业向 HBM4E 世代升级，三星正计划对 HBM4 的供电网络进行结构性重新设计。
报道指出，三星预计将从今年 HBM4E 量产开始，推出全新的供电架构。该方案通过对芯片内部供电网络进行分割与重新布局，实现了供电结构的全面重构。
供电设计正成为下一代 HBM 技术的核心瓶颈。报道援引三星相关资料称，从 HBM4 升级至 HBM4E，供电凸点的数量将从 13682 个增加至 14457 个，这要求在相同的芯片空间内布置更细、更密集的布线。此举会导致电流密度和电阻上升，进而加剧电压压降（IR drop）现象 —— 即电压在供电网络传输过程中出现衰减。
由此产生的热量会进一步提升电阻，形成恶性循环，最终可能导致芯片性能下降甚至电路失效。报道强调，设计一套高效、结构合理的供电网络（PDN），已成为 HBM 行业当前面临的最关键挑战之一。
三星公布 HBM4E 供电网络重构方案，提升能效与可靠性
报道首先指出了当前 HBM 设计中存在的结构缺陷，包括布线过于复杂、供电布局高度集中。在现有产品中，基底芯片的供电网络集中在中介层附近呈蜂窝状的大型 MET4 金属块区域，而向 HBM 堆叠体供电的上层布线则逐渐收窄。报道解释，这种从宽幅供电块向窄径布线的过渡会形成供电瓶颈，类似道路并线时出现的交通拥堵。
为解决上述问题，三星推出了供电网络分割方案：将大型 MET4 供电块拆分为四个较小的区域，并对上层布线进行进一步分割，以此缓解供电拥堵。报道强调，重新设计后的布线方式更直接、高效，最大限度减少了从供电凸点到用电终端的不必要绕路。
据报道援引三星方面数据，在全新的供电网络设计下，HBM4E 的金属电路缺陷率较 HBM4 降低 97%，电压压降问题改善 41%。压降的降低拓宽了电压余量，不仅能支持芯片实现更高的运行速率，还能提升整体的芯片可靠性。
三星探索 HBM 与 GPU 分离设计，布局光子技术打造高速互连
尽管重构后的供电网络带来了可量化的性能提升，报道称三星已开始着眼于超越这种渐进式的改进方案。倘若分布式供电网络最终触及性能极限，且人工智能半导体的散热难题持续存在，该如何破解？对此，三星提出了解耦设计的理念 —— 将 HBM 与图形处理器（GPU）进行物理分离。
报道指出，三星正考虑采用光子互连技术实现 HBM 与 GPU 的连接，在二者物理分离的同时保障传输速率。与工作在千兆（10⁹）级别的铜布线不同，光子技术采用光信号传输，理论速率可达太比特（10¹²）级，约为铜布线的 1000 倍；即便 HBM 与 GPU 的物理距离拉远，该技术也能有效抵消由此产生的延迟。
报道补充称，三星还表示，仅凭衬底布线技术的升级，也可实现 HBM 与 GPU 的物理分离。目前二者处于紧密贴合的状态，未来可将间距拉开至 5 厘米以上，以此缓解散热问题。
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