Os japoneses aceleraram a memória HBM quatro vezes – eles simplesmente jogaram fora os contatos “extras” dos chips

Cientistas do Instituto de Tecnologia de Tóquio revelaram uma variante de RAM empilhada que é quatro vezes mais rápida que a memória HBM2E e consome cinco vezes menos energia. A nova variante de memória é chamada Bumless Build Cube 3D (BBCube) porque não contém matrizes tradicionais de contatos de bola para soldagem camada por camada de cristais.

Fonte da imagem: Instituto de Tecnologia de Tóquio

A solução foi apresentada no VLSI IEEE Symposium 2023 em junho de 2023. Pesquisadores japoneses não apenas propuseram um conceito, mas também apresentaram uma descrição detalhada do processo técnico para fabricar tal memória.

A memória HBM é conhecida por ajudar a contornar uma série de limitações ao trabalhar com um bloco de RAM dedicado, CPU e GPU. Essas são restrições na quantidade de RAM disponível para o processador, que a arquitetura de pilha do HBM ignora, bem como restrições de largura de banda, que também são decididas pela pilha e pela organização estrutural do HBM.

Ao mesmo tempo, a abordagem moderna para montar pilhas HBM impõe suas próprias limitações nas capacidades dessa memória. Cada camada (matriz DRAM) em uma pilha não pode ser mais fina do que um determinado valor, e o número de contatos de esfera intercamadas não pode ser aumentado acima de um determinado valor. Caso contrário, corre o risco de danos mecânicos e curto-circuito. Simplificando, aumenta o nível de casamento, que ninguém precisa.

Os japoneses propuseram jogar contatos de esferas fora do processo de montagem da pilha DRAM. Isso proporcionará uma série de vantagens: os chips ficarão mais finos, pois as tensões mecânicas nas camadas diminuirão, as linhas de conexão dos TSVs ficarão mais curtas (isso permitirá que os chips esfriem melhor devido à maior densidade dos TSVs por volume de cristal – serão uma espécie de tubos de calor), as pilhas ficarão maiores , o que aumentará o volume de módulos individuais em até 64 GB ao usar cristais de 16 Gb (em teoria, é permitido coletar até 40 cristais em uma pilha).

O professor Takayuki Ohba, líder da equipe de pesquisa, disse: “BBCube 3D tem potencial para atingir uma taxa de transferência de 1,6 terabytes por segundo, que é 30 vezes maior que DDR5 e quatro vezes maior que HBM2E”.

O problema de interferência mútua em linhas densamente compactadas de conexões TSVs é proposto para ser resolvido controlando as fases dos sinais em linhas adjacentes. Um sinal de controle em uma determinada linha de E/S nunca ocorrerá enquanto as linhas adjacentes estiverem ativas.

Ohba acrescentou: “Com a baixa resistência térmica e baixa impedância do BBCube, os problemas térmicos e de energia associados à integração 3D podem ser superados. Como resultado, a tecnologia proposta pode atingir uma taxa de transferência incrível com energias de acesso de bit que são 1/20 e 1/5 de DDR5 e HBM2E, respectivamente.”