三星的 zHBM,試圖把 AI 記憶體從封裝的「平面」搬到「垂直」方向。三星在 2026 年 Future of Memory and Storage(FMS)大會上展示這項概念,讓高頻寬記憶體(HBM)直接位於 AI 加速器上方,而不是像現行方案一樣,與處理器並排放在矽中介層上。
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這種幾何配置有望縮短處理器與記憶體之間的傳輸路徑,進而提升頻寬與能源效率。不過,zHBM 目前仍不是通過認證、可供客戶採購的商用產品。三星目前將目標放在 2029 年前後,最快可能於 2028 年推出;在此之前,公司必須證明這項架構不只效能亮眼,也能穩定製造與散熱。
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zHBM 與傳統 HBM 有何不同?
現行 HBM 多採用 2.5D 封裝:多層 HBM 記憶體堆疊與 CPU、GPU 或其他加速器並排,並透過矽中介層互相連接。三星的 zHBM 則改變這種關係,沿著 Z 軸將 HBM 垂直堆疊在 AI 加速器上方。
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理論上的好處是縮短資料傳輸距離。處理器與記憶體靠得更近,可能支援更高頻寬、降低資料搬移所需的能源,也能讓 AI 封裝更加緊湊。三星將 zHBM 定位為面向大規模 AI 運算需求的下一代 3D 記憶體架構。
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這項設計預計採用晶圓級整合與混合銅鍵結(hybrid copper bonding)。相較於傳統使用焊錫微凸塊的連接方式,混合銅鍵結可直接連接銅表面,目的是在邏輯晶片與記憶體高度整合的封裝中,實現更密集的互連。
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三星的效能數字目前仍是預估
三星表示,採用 zHBM 的新一代介面系統,效能約可達 HBM5 的 8 倍,記憶體密度則可能超過 HBM5 的 10 倍。三星公布的其他數字還包括:能源效率最高提升約 3 倍,熱阻降低超過一半。
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但這些數字應視為三星的公司預估,而不是已出貨產品的獨立基準測試。zHBM 目前仍是概念架構,正式商用規格、生產時程,以及最終搭配的 AI 加速器配置都尚未確定。
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此外,與 HBM5 的比較本身也需要留意。這是面向未來的路線圖目標,並非對已上市 zHBM 硬體進行一對一測試。在三星公布通過認證的產品與系統測量結果前,這些數字更能反映企圖心的規模,而不是客戶現階段能買到的實際效能。
散熱是 zHBM 商用化的最大關卡
zHBM 最大的優勢——把記憶體直接放在 AI 加速器上方——同時也製造了最棘手的工程問題。AI 加速器會產生大量熱能,如果 HBM 堆疊覆蓋在封裝內最熱的區域,就可能阻擋熱量最直接的排出路徑。三星美國半導體業務主管已指出,散熱是 zHBM 商用化的關鍵障礙。
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三星曾討論名為 heat-pipe block 的散熱方案,目標是把堆疊結構中的熱點熱量導出。不過,提出散熱機制不等於已經擁有可量產的解決方案。三星仍須證明記憶體、鍵結介面與 AI 加速器,能在持續運作的 AI 伺服器負載下長期可靠地協同工作。
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散熱也不是唯一門檻。商用 zHBM 還需要具備高混合鍵結良率、大尺寸晶片之間的精密對位、長期可靠性、與客戶 AI 加速器的相容性,以及能大規模生產複雜封裝的製程。因此,這項概念必須同時解決物理問題與工廠量產問題。
預計商用時間落在 2028 至 2029 年
三星已表示,第一代 zHBM 產品可能在 2029 年前後推出,最快則可能提前至 2028 年。
13 但這仍是目標,而非確定上市日期。從概念走向客戶部署,還要經過架構定義、加速器共同設計、散熱驗證、可靠性認證,以及量產準備等階段。
zHBM 的開發也將與 HBM、先進封裝及 AI 晶片設計的其他演進同步進行。它最終能否創造價值,不只取決於峰值記憶體規格,也取決於 AI 加速器廠商是否願意圍繞更緊密耦合的 3D 封裝重新設計產品。
三星的封裝路線圖可提供相關製造基礎
在 zHBM 之外,三星計畫保留 415×510 毫米的扇出型面板級封裝(FO-PLP)規格,目標在 2028 年量產。三星正將這項封裝能力定位為大型 AI 與高效能運算(HPC)封裝的基礎。
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這項計畫與三星更廣泛的先進封裝策略有關,但不能直接解讀為 zHBM 將於 2028 年上市。FO-PLP 若能在 2028 年量產,將提供封裝產能與製造經驗;但它本身並不能證明垂直堆疊 HBM 已準備好投入商用。
泰勒晶圓廠擴建增添美國製造布局
三星也計畫在三年內啟用位於美國德州泰勒市的第二座先進晶圓代工廠,主要服務美國客戶。
13 若與記憶體及封裝布局合併觀察,這顯示三星正試圖為未來 AI 系統提供更完整的半導體供應鏈能力。
這種整合策略可能相當重要,因為 zHBM 需要記憶體、邏輯晶片、鍵結、封裝與加速器設計之間高度協調。不過,新增晶圓產能無法消除核心技術風險:三星首先仍要證明垂直堆疊架構能同時滿足散熱、可靠性、良率與成本要求。
結論:zHBM 的成敗不只在頻寬
zHBM 是三星目前最明確的一次押注:AI 記憶體的下一波重大提升,可能不只是增加傳統 HBM 堆疊,而是改變整個封裝的空間配置。它的潛在優勢包括更短的互連、更高頻寬、更高密度與更佳能源效率。
但真正決定成敗的問題是:三星能否在記憶體堆疊直接覆蓋或包圍高功耗 AI 加速器的情況下,有效帶走熱量;同時又能以穩定良率量產混合鍵結封裝。在這些問題獲得證明之前,約 8 倍效能的說法,以及 2028 至 2029 年的時程,都仍是雄心勃勃的路線圖目標,而不是確定到貨的產品承諾。