في 4 أغسطس 2026، خلال مؤتمر «مستقبل الذاكرة والتخزين» (FMS 2026) الذي عُقد في سانتا كلارا بولاية كاليفورنيا، كشفت شركة سامسونج للإلكترونيات رسميًا عن أول نموذج مبدئي لتقنية zHBM في القطاع، إلى جانب حل التكديس الرأسي لذاكرة فلاش NAND المسمى zNAND‑O. صُمم zHBM من أجل حوسبة الذكاء الاصطناعي فائقة النطاق من الجيل التالي، وهو يمثل بنية ذاكرة رائدة تدمج عموديًا ذاكرة النطاق الترددي العالي (HBM) مباشرةً فوق رقاقة مُسرِّع الذكاء الاصطناعي. ويُعد هذا تحولاً جوهرياً عن طرق التعبئة التقليدية ثنائية الأبعاد ونصف (2.5D)، ويُنظر إليه على نطاق واسع باعتباره مساراً تقنياً رئيسياً للتغلب على عنق الزجاجة المتمثل في “حاجز الذاكرة” الذي يعيق توسيع نطاق أداء الذكاء الاصطناعي.
الثورة المعمارية: من التصميم جنبًا إلى جنب إلى التكديس الرأسي ثلاثي الأبعاد الحقيقي
يشير الحرف “z” في zHBM إلى المحور Z الرأسي في الفضاء ثلاثي الأبعاد. ويكمن الابتكار الأساسي في إعادة تصميم بنية تكامل HBM مع منطق الحوسبة بشكل جذري: بالانتقال من التصميم الجانبي ثنائي الأبعاد ونصف (2.5D) الراسخ منذ زمن طويل إلى اندماج رأسي ثلاثي الأبعاد (3D) حقيقي.
في تطبيقات HBM التقليدية، تُوضع مكدسات HBM وشريحة مسرع الذكاء الاصطناعي جنبًا إلى جنب على نفس ركيزة الحزمة، ويتم ربطهما ببعضهما عبر وسيط سيليكوني. تنتقل البيانات عبر مسارات أفقية طويلة نسبيًا على الوسيط، مما يفرض قيودًا مادية على زمن الاستجابة واستهلاك الطاقة ومساحة الحزمة. ويواجه هذا الترتيب صعوبة في مواكبة النمو الهائل في حوسبة الذكاء الاصطناعي ومتطلباتها المتزايدة باستمرار من حيث عرض النطاق الترددي للذاكرة.
تقضي تقنية zHBM تمامًا على مسار النقل الأفقي من خلال تكديس ذاكرة HBM بأكملها مباشرةً فوق رقاقة مسرع الذكاء الاصطناعي. ويقترب هذا التخفيض في مسافة انتقال البيانات من الحد الفعلي، مما يؤدي إلى خفض زمن الاستجابة واستهلاك الطاقة في التوصيلات بشكل جذري، مع توفير كبير في المساحة المخصصة للركيزة. ونتيجةً لذلك، يتم تحسين كل من كثافة الحوسبة وكثافة الذاكرة لكل وحدة مساحة بشكل كبير، مما يحقق تكاملاً عميقاً وثلاثي الأبعاد بين الحوسبة والذاكرة.
مقاييس الأداء الرئيسية
واستنادًا إلى الجيل القادم من ذاكرة HBM5 من سامسونج — التي لم تدخل مرحلة الإنتاج الضخم بعد — كشفت الشركة عن أرقام الأداء المتوقعة لمفهوم zHBM. ويوضح الجدول أدناه الفروق الرئيسية:
| البعد المتعلق بالأداء | HBM5 | مفهوم zHBM |
|---|---|---|
| الأداء العام | خط الأساس | 4× – 8× مقارنةً بـ HBM5 |
| كثافة الذاكرة | خط الأساس | >10 أضعاف سعة HBM5 |
| كفاءة الطاقة | خط الأساس | تحسن بمقدار 3 أضعاف |
| المقاومة الحرارية الإجمالية | خط الأساس | >تخفيض 50% |
ولا تعزى هذه المكاسب إلى قصر مسار الإرسال فحسب، بل أيضًا إلى نظام واجهة ذاكرة جديد تمامًا. بالإضافة إلى ذلك، تدعم تقنية zHBM التخصيص وفقًا لاحتياجات العملاء من خلال السماح بدمج كتل IP مخصصة في الطبقة الفاصلة بين مكدس الذاكرة ومسرع الذكاء الاصطناعي، مما يتيح توسيع سعة الذاكرة بمرونة أو تصميم منطق مسرع مخصص ليتناسب مع المتطلبات الفريدة لمختلف موردي رقائق الذكاء الاصطناعي.
ثلاث تقنيات تمكينية أساسية
يعتمد تنفيذ بنية zHBM على مجموعة من الابتكارات المتطورة في عمليات تصنيع أشباه الموصلات. وتشكل ثلاث تقنيات رئيسية الأساس لهذا الحل:
الربط الهجين بالنحاس على مستوى الرقاقة. هذه هي العملية الأساسية لتحقيق التكديس الرأسي عالي الكثافة. وهي تحل محل الوصلات التقليدية ذات النتوءات الدقيقة، وتستخدم ربطًا مباشرًا بين النحاس والنحاس للربط بين الرقائق، مما يزيد كثافة التوصيلات بمقدار عشرة أضعاف مع تقليل مقاومة التلامس وفقدان الإشارة بشكل كبير. وهذا يتيح إنشاء مجموعات ذاكرة أعلى ومعدلات نقل بيانات أعلى، مما يجعل التكامل ثلاثي الأبعاد قابلاً للتطبيق من الناحية التصنيعية.
تكامل التكديس متعدد الرقائق. بالاستفادة من الخبرة الفنية المكتسبة من تقنية التكديس الرأسي V-NAND وتقنية التوصيلات عبر السيليكون (TSV)، تعمل تقنية zHBM على دمج عدة رقائق DRAM مع رقاقة الحوسبة في بنية ثلاثية الأبعاد متجانسة واحدة. وتشكل هذه التقنية الأساس لزيادة كثافة الذاكرة بمقدار عشرة أضعاف، مع ضمان استقرار كهربائي قوي عبر المكدس بأكمله.
التحسين المستهدف لإدارة الحرارة. لمواجهة التحدي المتمثل في تجميع الحرارة بشكل مكثف، وهو أمر متأصل في التكديس الرأسي، قامت شركة سامسونج بتقليل المقاومة الحرارية الإجمالية من خلال الاختيار الدقيق للمواد والتصميم الهيكلي. بالإضافة إلى ذلك، تعمل مسارات التوصيل الحراري العالية الناتجة عن ربط الرقائق كقنوات مساعدة لتوزيع الحرارة، مما يخفف من تراكم الحرارة فوق رقاقة الحوسبة التي تستهلك طاقة كبيرة، وبالتالي يضمن الموثوقية على المدى الطويل للتكديس عالي السعة.
خارطة الطريق والموقع التكنولوجي
في الوقت الحالي، لا يزال zHBM في مرحلة إثبات المفهوم. لم تعلن شركة سامسونج عن جدول زمني محدد لبدء الإنتاج الضخم. ويشير الإجماع السائد في القطاع إلى أن طرح المنتج في الأسواق سيكون تقريبًا في الفترة ما بين 2028 و2029. وفقًا لخطة سامسونج الحالية في مجال الذاكرة، تتركز جهود الإنتاج على المدى القريب على تقنية HBM4، التي دخلت مرحلة الإنتاج الضخم في فبراير 2026. وفي مايو 2026، بدأت الشركة في تسليم عينات من تقنية HBM4E، وسيُخصص النصف الثاني من عام 2026 لتوسيع HBM4 السعة. يُنظر إلى كل من HBM5 وzHBM على أنهما تطويرات طويلة الأجل، سيتم إدخالهما تدريجيًّا مع تطور متطلبات الحوسبة الخاصة بالذكاء الاصطناعي ونضج عمليات التصنيع.
على عكس HBF (فلاش عالي النطاق الترددي), ، وهو حل تكديس ذاكرة فلاش قائم على تقنية NAND ومصمم لتوفير سعة عالية وتكلفة منخفضة، ويُستخدم بشكل أساسي لتخزين أوزان نماذج الذكاء الاصطناعي، أما zHBM فهي ذاكرة ذات نطاق ترددي عالٍ قائمة على تقنية DRAM تركز على زمن انتقال منخفض للغاية ونطاق ترددي مرتفع للغاية، وهي مصممة خصيصًا للاستدلال والتدريب في مجال الذكاء الاصطناعي في الوقت الفعلي. علاوة على ذلك، تختلف zHBM عن التكديس الداخلي التقليدي لذاكرة HBM. ففي حين أن ذاكرة HBM العادية تقوم فقط بتكديس رقائق DRAM داخل وحدة الذاكرة وتبقى موضوعة جنبًا إلى جنب مع شريحة الحوسبة، فإن zHBM تحقق تكاملاً رأسيًا عبر الفئات لنظام الذاكرة الفرعي بأكمله مع شريحة الحوسبة، مما يوفر مستوى أعلى بكثير من التكامل.
تحديات التسويق التجاري
باعتبارها تقنية مستقبلية، تواجه تقنية zHBM العديد من العقبات الهندسية قبل نشرها على نطاق واسع.
- يُعد معدل العائد أحد الشواغل الرئيسية: فالتوصيل على مستوى الرقاقة يتطلب دقة محاذاة أقل من الميكرون، كما أن التكديس متعدد الطبقات يؤدي عادةً إلى انخفاض معدل العائد بشكل أسي. وهذا يفرض متطلبات صارمة على نظافة العمليات الأولية ودقة المعدات، مما يؤدي إلى بقاء تكاليف التصنيع مرتفعة على المدى القريب.
- لا يزال يتعين التحقق بشكل كامل من الأداء الحراري في الأنظمة العملية: فعلى الرغم من التحسن المزعوم في المقاومة الحرارية، تقع الذاكرة مباشرة فوق رقاقة معالجة مولدة للحرارة، مما يؤدي إلى تركيز حراري موضعي كبير. ولا تزال الفعالية الفعلية لحل التبريد في ظل أحمال العمل الثقيلة تتطلب تحققًا هندسيًّا مكثفًا.
- تجبر هذه البنية مصممي رقائق الذكاء الاصطناعي على إعادة النظر في مخططات الرقائق، وتغليفها، ووحدات التحكم في الذاكرة — وهي دورة تطوير مشترك طويلة ومكلفة تشمل سلسلة التوريد بأكملها.
تمثل تقنية zHBM استكشافًا تقنيًّا مهمًّا في عصر ما بعد مور، وتهدف إلى تحقيق تكامل أعمق بين الذاكرة والحوسبة. فهي تتخطى الحد الأقصى لعرض النطاق الترددي للتعبئة التقليدية ثنائية الأبعاد ونصف (2.5D)، وتوفر أساسًا أقوى للذاكرة من أجل تدريب الذكاء الاصطناعي فائق النطاق من الجيل التالي، واستدلال نماذج اللغة الضخمة. وبشكل أعم، يشير هذا التطور إلى تحول في مسار تطور تقنية HBM المتطورة — من التكديس داخل الذاكرة نحو التكامل الرأسي الحقيقي بين الحوسبة والذاكرة — ومن المرجح أن يدفع هذا التطور إلى مزيد من التقدم في تقنيات التعبئة المتطورة وتقنيات الذاكرة، مما يضع الأساس لتوسيع نطاق أداء الذكاء الاصطناعي بشكل مستدام.
