記憶體廠的散熱設計為何需要「前置」至HBM封裝內部？

Question

Accepted Answer

記憶體廠散熱設計轉向內部整合的關鍵原因
核心答案

隨著人工智慧（AI）運算需求急劇增長，新一代 GPU 功耗逼近 1000W，導致高頻寬記憶體（HBM）堆疊層數不斷增加，內部累積的熱量若僅依賴外部散熱將難以有效排出，進而影響效能，因此記憶體廠必須將散熱設計「前置」至 HBM 封裝內部，以確保產品的穩定運作與效能極大化。
散熱瓶頸促使設計前移

全球 AI 算力需求的爆炸性成長，直接推升了對高效能記憶體的需求，尤其是在先進 GPU 應用中。根據資料，輝達 (NVDA-US) 和 AMD 等客戶的新一代 GPU 單晶片功耗已逼近 1000W，這對記憶體模組提出了前所未有的挑戰。過去，HBM 的技術競賽主要聚焦於堆疊層數與傳輸速度，散熱問題則多被視為系統層級的任務，仰賴伺服器風扇、液冷板或導熱界面材料等外部散熱方案。然而，隨著 HBM 堆疊層數從 HBM4 的 12 至 16 層向 HBM5 的 20 層邁進，其堆疊高度與功耗的急劇飆升，使得晶片內部熱量嚴重累積。若僅依靠底層基片進行逐層熱傳導，過長的散熱路徑與高熱阻將不可避免地導致晶片降頻，進而縮減算力，這已成為制約效能提升的關鍵瓶頸。
嚴苛的熱管理要求推動技術革新

為了克服上述的散熱難題，AI 巨頭客戶開始向記憶體製造商提出更為嚴苛的熱管理要求。這些要求的核心在於，必須將散熱設計的思維從後端的系統整合，轉變為前端的晶片級解決方案，也就是必須「前置」並植入 HBM 封裝內部。這種設計思維的轉變，直接促使 SK 海力士、三星電子與美光科技等記憶體巨頭，紛紛投入資源開發創新的內部散熱技術。例如，SK 海力士推出的「iHBM」技術，便透過將「整合式冷卻元件（ICE）」內嵌於晶片內部發熱最集中的區域，直接將熱量排出，成功將熱阻降低了 30% 以上。這項舉措顯示，內部熱管理已成為決定 HBM 產品良率與最終效能的關鍵指標。
內部散熱方案應對效能挑戰

面對不斷攀升的功耗與嚴峻的散熱挑戰，記憶體三大巨頭各自推出了獨具特色的內部散熱解決方案。SK 海力士的「iHBM」技術，利用內嵌的 ICE 元件，如同「散熱煙囪」般將熱量導出。三星電子則採用「HPB（導熱阻斷 / 導熱塊）」技術，在 DRAM 裸片之間埋入導熱塊，建立多條獨立的排熱通道，該技術已在 HBM4E 上驗證有效，可降低 16% 的熱阻。美光科技則採取了獨特的低功耗設計，並結合矽通孔（TSV）微溝槽液冷技術，讓冷卻液直接在晶片內部循環，實現極致的內部控溫。這些創新的技術路徑，不僅體現了記憶體廠在散熱領域的技術博弈，更預示著未來的 HBM 競爭將圍繞著「晶片內部熱管理」技術展開。

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