SK Hynixin raportoitu Intel-suunnitelma voisi muuttaa HBM4E:n toimitusketjua

Raporttien mukaan SK Hynix selvittää mahdollisuutta teettää osa seuraavan sukupolven HBM4E-muistipinojen logiikkapohjista Intel Foundrylla ja jatkaa samalla yhteistyötä TSMC:n kanssa. Järjestely olisi siis mahdollinen rinnakkaishankinta, ei vahvistettu tuotantosopimus. SK Hynix, Intel tai TSMC ei ole julkisesti vahvistanut suunnitelmaa, joten sitä on toistaiseksi syytä pitää arviointina. 234

Taustalla on käytännöllinen tavoite: kustannusten, tuotantokapasiteetin ja toimitusvarmuuden hallinta. Kun tekoälykiihdyttimien kysyntä kasvattaa huippunopean HBM-muistin tarvetta, myös muistipinon logiikkapohjasta on tullut kallis ja strategisesti tärkeä komponentti. Toisen hyväksytyn toimittajan käyttäminen voisi antaa SK Hynixille lisää neuvotteluvoimaa ilman, että yhtiö luopuisi nykyisestä TSMC-suhteestaan.

Mikä HBM:n logiikkapohja on?

HBM eli High Bandwidth Memory koostuu päällekkäin pinotuista DRAM-muistikerroksista ja niiden alla olevasta logiikkakerroksesta, jota kutsutaan pohjapiiriksi tai logiikkapohjaksi (base die). DRAM-kerrokset tallentavat dataa, kun taas pohjapiiri hallitsee muistipinon rajapintaa, reitittää signaaleja ja yhdistää muistin ympäröivään tekoälykiihdyttimen pakettiin.

SK Hynix on itse korostanut logiikkapohjan kasvavaa merkitystä HBM:n kehittyessä kohti suurempaa liitettävyyttä ja pienempää energiankulutusta. 7

HBM4:n yhteydessä SK Hynix on käyttänyt TSMC:n noin 12 nanometrin luokan logiikkaprosessia. Alan raporteissa on arvioitu, että tällaisen pohjapiirin valmistaminen voi maksaa noin kolme–neljä kertaa enemmän kuin varsinaisen DRAM-ytimen valmistaminen. Kustannusero lisää painetta löytää vaihtoehtoinen tuotantoreitti etenkin tuotteille, joissa kaikkein kehittynein valmistustekniikka ei välttämättä ole tarpeen. 2415

Rinnakkaishankinta voisi myös pienentää riippuvuutta yhdestä puolijohdevalmistajasta. Jos Intel pystyy saavuttamaan vaaditun saannon, tehonkulutuksen, luotettavuuden ja paketointiyhteensopivuuden, SK Hynix voisi jakaa tuotantoa Intelin ja TSMC:n välillä. Tarkkaa tuotantojakoa tai aikataulua ei kuitenkaan ole kerrottu.

HBM4E:n kysyntä tekee päätöksestä tärkeän

SK Hynix on jo toimittanut suurille asiakkaille 12-kerroksisen HBM4E:n näytteitä. Yhtiön mukaan niiden nopeus on enimmillään 16 gigabittiä sekunnissa nastaa kohden, ja energiatehokkuus on yli 20 prosenttia parempi kuin edellisessä sukupolvessa. 15

Lukemat ovat merkittäviä, koska HBM on keskeinen osa nykyaikaisten tekoälyjärjestelmien suorituskykyä. Nopeampi muisti pystyy syöttämään dataa kiihdyttimille nopeammin, ja parempi energiatehokkuus auttaa rajoittamaan suurten tekoälypalvelinkeskusten sähkö- ja jäähdytystarvetta.

Samalla suurempi suorituskyky lisää koko tuotantoketjun vaatimuksia. Luotettavaa ja skaalautuvaa valmistusta tarvitaan DRAM-kerrosten lisäksi logiikkapohjissa ja lopullisessa paketoinnissa.

NVIDIAn ilmoittamien toimitus- ja kapasiteettisitoumusten arvo on puolestaan noussut 119 miljardista dollarista 279 miljardiin dollariin. Luku koskee laajemmin toimitusketjua ja infrastruktuuria, ei yhtä SK Hynixiltä tehtävää HBM-ostoa. Se kuitenkin havainnollistaa, miksi muistivalmistajat pyrkivät varmistamaan jokaisen kriittisen tuotantovaiheen.

Logiikkapohja ja paketointi ovat eri asioita

Intel-yhteistyötä on helppo tulkita liian laajasti, sillä HBM-tuotannossa on useita toisiinsa liittyviä teknologioita. Logiikkapohjan valmistaminen piikiekolla on yksi vaihe. HBM-pinojen yhdistäminen tekoälykiihdyttimeen lopullisessa paketissa on toinen.

TSMC:n CoWoS on 2,5D-paketointitekniikoiden perhe, jolla tekoälykiihdyttimet ja HBM-pinot yhdistetään suuren tiheyden liitäntärakenteeseen. Intelin EMIB eli Embedded Multi-die Interconnect Bridge käyttää puolestaan pakettialustaan upotettuja pieniä piisiltoja tiheiden sirujen välisten yhteyksien luomiseen.

Raporttien mukaan SK Hynix on testannut HBM:n yhdistämistä Intelin EMIB-pohjaisella paketoinnilla sekä siihen liittyviä materiaaleja ja komponentteja.

Intel voisi näin osallistua toimitusketjuun kahdella erillisellä tasolla:

• Valmistajana: se tekisi osan HBM4E:n logiikkapohjista Intel Foundrylla.
• Paketointikumppanina: se tarjoaisi tai tukisi EMIB-pohjaista muistien ja logiikan yhdistämistä.

Näitä mahdollisuuksia ei pidä sekoittaa toisiinsa. Paketointitestit eivät todista, että Intel valmistaisi logiikkapohjat, eikä logiikkapohjan hyväksyntä yksin tarkoittaisi Intelin toimittavan valmista tekoälypakettia.

Mitä järjestely merkitsisi Intelille ja TSMC:lle?

Intelille jo rajallinenkin SK Hynix -tilaus olisi tärkeä ulkopuolinen asiakkuus Intel Foundrylle. Se tarjoaisi käytännön näytön siitä, että yhtiö pystyy hyödyntämään valmistus- ja kehittyneen paketoinnin osaamistaan vaativassa ja nopeasti kasvavassa tekoälysovelluksessa.

Todellinen vaikutus riippuisi siitä, etenisikö Intel kokeiluvaiheesta hyväksyttyyn ja toistettavaan volyymituotantoon. Pelkkä arviointi ei vielä käännä Intelin foundry-liiketoimintaa.

TSMC:n kannalta vain osan mahdollisesta logiikkapohjaohjelmasta menettäminen aiheuttaisi todennäköisesti rajallisen välittömän talousvaikutuksen. Strateginen merkitys voisi silti olla suurempi. Uskottava vaihtoehtoinen toimittaja heikentäisi TSMC:n yksinoikeutta HBM:ään liittyvässä logiikkavalmistuksessa ja antaisi SK Hynixille lisää vaikutusvaltaa hinnoista ja kapasiteetista neuvoteltaessa. Tämä on kuitenkin vasta mahdollinen seuraus, sillä volyymijakoa ei ole ilmoitettu. 2

Myös Samsung ja Micron seuraavat kehitystä. Raporttien mukaan ne ovat arvioineet Intelin paketointiratkaisun yhteensopivuutta, mutta kyse ei ole julkistetusta käyttöönottosuunnitelmasta. Laajempi muutos edellyttäisi Inteliltä näyttöä siitä, että EMIB täyttää asiakkaiden suorituskykyä, sähkönkulutusta, kustannuksia ja tuotannon luotettavuutta koskevat vaatimukset.

Taustalla on jo ennestään tiivis yrityssuhde

Mahdollinen HBM-yhteistyö perustuisi yhtiöiden aiempaan kaupalliseen suhteeseen, vaikka kyse on eri järjestelyistä. Intel sopi vuonna 2020 NAND-muisti- ja tallennusliiketoimintansa – mukaan lukien SSD-liiketoiminnan, NAND-omaisuuden ja Dalianin tehtaan – myymisestä SK Hynixille 9 miljardilla dollarilla. Kaupan ensimmäinen, 7 miljardin dollarin arvoinen vaihe saatiin päätökseen joulukuussa 2021.

Lisäksi on raportoitu, että SK Hynixiä harkittiin mahdolliseksi kumppaniksi Intelin Ohion tehtaan toimintaan. SK Hynix kiisti yrityskauppaa koskeneet suunnitelmat, ja tämä raportointi on erillinen HBM4E:n logiikkapohjia koskevasta hankkeesta. Se kertoo silti laajemmasta kiinnostuksesta SK Hynixin muistiosaamisen sekä Intelin foundry- ja paketointiliiketoimintojen yhteistyöhön.

Ratkaisevaa on hyväksyntä, ei otsikko

Intel-suunnitelma kannattaa nähdä ennen kaikkea toimitusketjun riskienhallintana. SK Hynixillä on syitä etsiä toinen lähde: logiikkapohjien kustannukset ovat raportoidusti korkeat, tekoälyasiakkaat varaavat tuotantokapasiteettia ja HBM4E asettaa aiempaa suurempia vaatimuksia logiikalle, tehonkulutukselle ja paketoinnille.

Toinen toimittaja on kuitenkin hyödyllinen vain, jos se pystyy tuotantomittakaavassa riittävään saantoon, virrankulutukseen, luotettavuuteen ja yhteensopivuuteen SK Hynixin HBM-prosessin kanssa. Ennen kuin yhtiöt vahvistavat tuotantosopimuksen tai volyymijaon, tarkin johtopäätös on, että SK Hynix tutkii Intelia TSMC:tä täydentävänä kumppanina – ei TSMC:n suorana korvaajana.