Vertical Die: Samsung nhắm tới bước nhảy 10x I/O, 4x băng thông cho HBM

Trong bối cảnh nhu cầu AI bùng nổ, HBM (High Bandwidth Memory) đang trở thành thành phần then chốt trong các hệ thống tính toán hiệu năng cao. Tuy nhiên, kiến trúc HBM truyền thống đang dần chạm tới giới hạn vật lý, đặc biệt về chiều cao, mật độ kết nối và khả năng tản nhiệt. Trước bài toán này, Samsung đang thúc đẩy một hướng đi mới với công nghệ “Vertical Die” (V-die), được kỳ vọng sẽ mở ra bước đột phá cho thế hệ bộ nhớ tiếp theo.

Theo ET News, dự án V-die thuộc chương trình nghiên cứu công nghệ tương lai của Samsung đã đạt những tiến triển đáng kể. Điểm nổi bật của kiến trúc này là khả năng tăng mật độ I/O lên tới 10 lần và cải thiện băng thông gấp khoảng 4 lần so với HBM4 hiện tại.

Khác với cách xếp chồng DRAM theo chiều dọc sử dụng TSV (through-silicon vias), kiến trúc Vertical Die sắp xếp các chip theo phương thẳng đứng ở góc 90 độ. Cách tiếp cận này giúp tận dụng toàn bộ cạnh dài của die làm vùng kết nối, thay vì bị giới hạn bởi số lượng TSV như trước đây. Nhờ đó, số lượng I/O có thể tăng từ khoảng 2.048 lên tới gần 20.000 trong cùng diện tích, mở ra khả năng mở rộng băng thông vượt trội.

Bên cạnh cải tiến về kiến trúc, nghiên cứu cũng tập trung giải quyết các thách thức về vật liệu và tín hiệu. Nhóm phát triển đã thử nghiệm mạ đồng trực tiếp trên nền kính, một vật liệu được đánh giá là tiềm năng cho đóng gói bán dẫn thế hệ mới, đồng thời đảm bảo tính toàn vẹn tín hiệu trong quá trình truyền tải.

Một điểm đáng chú ý khác là giải pháp tản nhiệt. Thay vì sử dụng phương pháp truyền thống, V-die đề xuất cơ chế làm mát bằng chất lỏng trực tiếp, tận dụng các khe siêu nhỏ giữa các chip làm kênh dẫn, giúp phân bổ nhiệt đồng đều và hiệu quả hơn trên toàn bộ cấu trúc.

Dự án do Giáo sư Kwon Ji-min (KAIST) dẫn dắt đã đạt dấu mốc quan trọng khi nghiên cứu về kiến trúc V-die được chấp nhận trình bày tại IEEE Symposium on VLSI Technology and Circuits 2026, một trong những hội nghị uy tín hàng đầu trong lĩnh vực bán dẫn.

Nếu được thương mại hóa, Vertical Die không chỉ dừng lại ở việc nâng cấp HBM mà còn có thể trở thành nền tảng cho nhiều ứng dụng quan trọng như bộ gia tốc AI, tích hợp bộ nhớ – logic tốc độ cao, điện toán hiệu năng cao (HPC) và các hệ thống truyền thông tần số cao.

Trong dài hạn, những đổi mới ở cấp độ kiến trúc như V-die có thể đóng vai trò quyết định trong việc giải bài toán băng thông và hiệu năng, khi ngành công nghiệp bán dẫn bước vào giai đoạn cạnh tranh khốc liệt xoay quanh AI và hạ tầng tính toán thế hệ mới.