4 августа 2026 года на конференции «Будущее памяти и хранения данных» (FMS 2026), прошедшей в Санта-Кларе, штат Калифорния, компания Samsung Electronics официально представила первую в отрасли концептуальную модель zHBM, а также решение для вертикального слоевого размещения флэш-памяти NAND под названием zNAND‑O. Разработанная для сверхмасштабных вычислений в области искусственного интеллекта следующего поколения, zHBM представляет собой революционную архитектуру памяти, которая вертикально интегрирует память с высокой пропускной способностью (HBM) непосредственно на кристалле ускорителя ИИ. Это представляет собой значительное отклонение от традиционной 2,5D-компоновки и широко рассматривается как ключевой технологический путь к преодолению “барьера памяти” — узкого места, сдерживающего масштабирование производительности систем искусственного интеллекта.
Архитектурная революция: от параллельного расположения к настоящему вертикальному 3D-наложению
Буква “z” в аббревиатуре zHBM обозначает вертикальную ось Z в трёхмерном пространстве. Основная инновация заключается в коренном пересмотре архитектуры интеграции HBM с вычислительной логикой: отход от устоявшейся схемы 2,5D с параллельным расположением модулей к подлинной трёхмерной вертикальной интеграции.
В традиционных реализациях HBM стеки HBM и чип ускорителя ИИ размещаются рядом друг с другом на одной подложке корпуса и соединяются между собой с помощью кремниевого интерпозера. Данные передаются по относительно длинным горизонтальным трассам на интерпозере, что накладывает физические ограничения на задержку, энергопотребление и габариты корпуса. Такая схема с трудом поспевает за экспоненциальным ростом вычислительных мощностей ИИ и постоянно растущими требованиями к пропускной способности памяти.
Технология zHBM полностью устраняет горизонтальный канал передачи данных за счет размещения всего массива памяти HBM непосредственно над кристаллом ИИ-ускорителя. Такое сокращение расстояния передачи данных приближается к физическому пределу, что позволяет существенно снизить задержку и энергопотребление межсоединений, а также значительно сэкономить площадь подложки. В результате значительно повышаются как вычислительная плотность, так и плотность памяти на единицу площади, что позволяет достичь глубокой трехмерной интеграции вычислительных ресурсов и памяти.
Ключевые показатели эффективности
Взяв за основу HBM5 нового поколения от Samsung, который пока ещё не запущен в серийное производство, компания обнародовала прогнозируемые показатели производительности концепции zHBM. В приведённой ниже таблице отражены основные различия:
| Показатель эффективности | HBM5 | Концепция zHBM |
|---|---|---|
| Общая эффективность | Базовый уровень | в 4–8 раз больше, чем у HBM5 |
| Плотность записи | Базовый уровень | >в 10 раз больше, чем у HBM5 |
| Энергоэффективность | Базовый уровень | Увеличение в 3 раза |
| Общее тепловое сопротивление | Базовый уровень | >Сокращение 50% |
Эти преимущества обусловлены не только более коротким путем передачи сигнала, но и совершенно новой системой интерфейса памяти. Кроме того, технология zHBM поддерживает индивидуальную настройку под потребности заказчика, позволяя встраивать специальные IP-блоки в межслойное пространство между стеком памяти и ускорителем ИИ, что обеспечивает гибкое расширение объёма памяти или создание адаптированной логики ускорителя в соответствии с уникальными требованиями различных производителей чипов ИИ.
Три основные базовые технологии
Реализация архитектуры zHBM зависит от сочетания передовых инноваций в области полупроводниковых технологических процессов. Основу этого решения составляют три ключевые технологии:
Гибридная пайка медью на уровне пластин. Это основополагающий процесс, позволяющий обеспечить вертикальное многослойное соединение высокой плотности. Заменяя традиционные соединения с использованием микровыступов, он использует прямое соединение «медь-медь» для межчиповых соединений, что позволяет увеличить плотность соединений на порядок и при этом значительно снизить сопротивление контактов и потери сигнала. Это позволяет создавать более высокие стеки памяти и обеспечивать более высокие скорости передачи данных, делая 3D-интеграцию жизнеспособной с точки зрения производства.
Интеграция с многослойной укладкой пластин. Благодаря использованию ноу-хау в области вертикального слоения V-NAND и технологии сквозных кремниевых переходов (TSV) технология zHBM позволяет объединить несколько пластин DRAM с вычислительной пластиной в единую монолитную 3D-структуру. Эта технология обеспечивает десятикратное увеличение плотности памяти, а также гарантирует высокую электрическую стабильность по всему слою.
Целенаправленная оптимизация системы терморегулирования. Для решения проблемы концентрированного отвода тепла, присущей вертикальному слоевому монтажу, компания Samsung снизила общее тепловое сопротивление за счет тщательного подбора материалов и конструктивного решения. Кроме того, пути с высокой теплопроводностью, образующиеся при склеивании пластин, служат в качестве вспомогательных каналов рассеивания тепла, снижая накопление тепла над энергоемким вычислительным кристаллом, что обеспечивает долгосрочную надежность многослойных конструкций высокой емкости.
План действий и технологическое позиционирование
На данный момент zHBM по-прежнему находится на стадии подтверждения концепции. Компания Samsung не объявила конкретных сроков начала серийного производства. По общему мнению экспертов отрасли, вывод продукта на рынок ожидается примерно в 2028–2029 годах. Согласно текущему плану развития Samsung в области памяти, в ближайшей перспективе производственные усилия сосредоточены на HBM4, массовое производство которой началось в феврале 2026 года. В мае 2026 года компания приступила к поставкам образцов HBM4E, а вторая половина 2026 года будет посвящена расширению HBM4 производительность. И HBM5, и zHBM позиционируются как долгосрочные разработки, которые будут постепенно внедряться по мере роста вычислительных потребностей искусственного интеллекта и повышения зрелости производственных технологий.
В отличие от HBF (флэш-память с высокой пропускной способностью), представляющая собой решение для многоуровневого размещения флэш-памяти на базе NAND, разработанное с целью обеспечения большой емкости и низкой стоимости и предназначенное в первую очередь для хранения весов моделей искусственного интеллекта, zHBM — это память с высокой пропускной способностью на базе DRAM, в которой основной упор делается на сверхнизкую задержку и чрезвычайно высокую пропускную способность, специально разработанная для инференса и обучения искусственного интеллекта в режиме реального времени. Кроме того, zHBM отличается от традиционной внутренней многоуровневой структуры HBM. В то время как в обычной HBM внутри модуля памяти укладываются только кристаллы DRAM, которые располагаются рядом с вычислительным чипом, zHBM обеспечивает межкатегориальную вертикальную интеграцию всей подсистемы памяти с вычислительным чипом, предлагая гораздо более высокий уровень интеграции.
Проблемы коммерциализации
Будучи перспективной технологией, zHBM сталкивается с целым рядом технических препятствий на пути к широкомасштабному внедрению.
- Одной из основных проблем является выход готовой продукции: склеивание на уровне пластин требует точности выравнивания в субмикронном диапазоне, а многослойное наслоение, как правило, приводит к экспоненциальному снижению выхода готовой продукции. Это предъявляет строгие требования к чистоте на начальных этапах производства и точности оборудования, что приводит к сохранению высоких производственных затрат в ближайшей перспективе.
- Тепловые характеристики ещё предстоит полностью проверить в реальных системах: несмотря на заявленное улучшение теплового сопротивления, память расположена непосредственно над вычислительным кристаллом, генерирующим тепло, что приводит к значительной локальной концентрации тепла. Фактическая эффективность системы охлаждения при интенсивных нагрузках по-прежнему требует тщательной инженерной проверки.
- Данная архитектура вынуждает разработчиков чипов для ИИ пересмотреть схемы размещения компонентов, конструкцию корпусов и контроллеры памяти — это длительный и дорогостоящий цикл совместной разработки, в который вовлечена вся цепочка поставок.
Технология zHBM представляет собой важное технологическое исследование в эпоху после закона Мура, направленное на более глубокую интеграцию памяти и вычислительных ресурсов. Она преодолевает ограничения пропускной способности традиционной 2,5D-корпусировки и обеспечивает более прочную основу памяти для обучения искусственного интеллекта в ультрамасштабных условиях следующего поколения, а также для инференса крупных языковых моделей. В более широком смысле это сигнализирует о сдвиге в эволюции высокопроизводительной памяти HBM — от наслоения модулей внутри памяти к подлинной вертикальной интеграции вычислительных ресурсов и памяти — и, вероятно, станет движущей силой дальнейших достижений в области передовых технологий упаковки и памяти, заложив основу для устойчивого масштабирования производительности ИИ.
