Samsung cải tổ thiết kế HBM4E để giải quyết nút thắt điện năng, giảm 97% lỗi

Trong ngành bộ nhớ HBM, người ta thường chú ý đến tốc độ hay số tầng xếp chồng. Tuy nhiên, khi bước sang thế hệ HBM4E, vấn đề điện năng và cấp nguồn lại trở thành yếu tố then chốt. Theo Hankyung, Samsung đang thay đổi cách thiết kế hệ thống cấp điện bên trong chip để giải quyết điểm nghẽn này.

Khi chuyển từ HBM4 sang HBM4E, số lượng điểm cấp nguồn tăng từ 13.682 lên 14.457. Điều đó có nghĩa là cùng một không gian nhưng phải bố trí nhiều đường dây hơn, mỏng hơn và sát nhau hơn. Mật độ dòng điện tăng cao dẫn đến sụt áp IR, tức điện áp bị giảm khi truyền trong mạch. Nhiệt sinh ra lại làm điện trở tăng thêm, tạo thành vòng lặp khiến hiệu năng suy giảm và có nguy cơ gây lỗi mạch.

Để xử lý vấn đề này, Samsung thay đổi cấu trúc mạng lưới cấp nguồn PDN. Thay vì tập trung điện năng vào một khối lớn rồi phân phối qua các đường hẹp, họ chia nhỏ khối nguồn thành nhiều phần và phân tách thêm ở các lớp trên. Có thể hình dung như mở rộng và phân luồng giao thông để tránh tắc nghẽn. Nhờ thiết kế mới, đường cấp điện ngắn hơn, trực tiếp hơn và ít điểm nghẽn hơn.

Kết quả theo báo cáo cho thấy lỗi mạch kim loại trên HBM4E giảm 97% so với HBM4, trong khi mức sụt áp IR cải thiện 41%. Điều này giúp chip vận hành ổn định hơn, tăng tốc độ và nâng cao độ tin cậy tổng thể.

Không dừng lại ở đó, Samsung còn cân nhắc giải pháp táo bạo hơn trong tương lai: tách rời vật lý HBM và GPU để giảm nhiệt. Thay vì đặt sát nhau như hiện tại, hai thành phần có thể được đặt cách nhau hơn 5 cm.

Để duy trì tốc độ truyền dữ liệu khi tách rời, Samsung đang xem xét sử dụng kết nối quang học thay cho dây đồng. Nếu dây đồng truyền ở mức gigabit mỗi giây 10^9, thì truyền dẫn quang có thể đạt mức terabit mỗi giây 10¹², nhanh gấp khoảng 1.000 lần. Nhờ đó, ngay cả khi HBM và GPU không còn đặt cạnh nhau, hệ thống vẫn đảm bảo hiệu suất cao.

Tóm lại, thay vì chỉ tăng tốc độ hay tăng số lớp stack, Samsung đang tập trung giải bài toán điện năng và nhiệt, những yếu tố quyết định hiệu quả thực sự của HBM trong kỷ nguyên AI.