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[(๑╹◡╹๑) @tsuchie88]

生成AIブームの中で、ビックテックのHBMの大量調達がなぜPCやスマホ向けのメモリ不足に繋がっているのか腑に落ちない人も多いかと思うのでちょっとざっくりした説明をしてみたいと思う。

一般的に、DRAMは先端ロジック回路とスケーリング則が同期しない。この理由が、DRAMの生産プロセスはロジックのプロセスと異なるからだ。

バルクのロジックプロセスでは、トランジスタのゲート長をベースにロジックサイズが決まっていることが多い(最近では当てはまらないことが多くて各社とも好き勝手なサイズを主張している)が、DRAMの場合は記憶を保持するキャパシタとトランジスタ、配線の組み合わせという単純な構成で、微細化の前提はキャパシタのサイズをいかに小さくできるかによって左右される。

キャパシタは、サイズを小さくすると保持できる電荷が小さくなるので、表面積を小さくするためにはロジックプロセスとは異なるアプローチが必要。なので、トランジスタのサイズで見ると、今の主力プロセスも10nm台で、2年サイクルで1nm刻みにプロセスを更新している。

ロジック回路と比べてプロセス進化のスピードが遅いように見えるが、実際にはキャパシタの構造や誘電体の選択などロジックとは異なる様々な技術を投入して容量を高く取っている。それでも、DRAMの生産プロセスは、ロジック回路のように微細化が急激に進むという世界とはかなり様相が異なる。

このDRAMのプロセス開発は、10nm世代では小さい刻みで進化していると書いたが、実際には1x世代、1y世代、1z世代とアルファベットの記号が使われていて、この数字がメーカーによって微妙に異なる。現在最新の世代は、1β世代で、2026年くらいから1γが量産体制に入る。

ロジックでは、7nm世代から露光技術にEUV露光が取り入れられているが、DRAMではまだ液浸ArF露光が主流でダブルパターニングで生産されているが、1α世代くらいから段階的にEUVが取り入れられ1γでは結構入ってくる。それでも高NAなEUVスキャナまだそこまで必要ではないが、確実に生産が難しくなってきている。

こういった中で、2020年代になるとHBMの生産が増えてきた。HBMは、PC向けのDDR、グラフィックカード向けのGDDR、携帯電話向けのLPDDRと異なり、1024bitから4096bitという非常に広帯域なバンドでメモリコントローラと接続される。そして、コントローラと近接して接続する必要があるので、HBMは(CPUやGPUといった)コントローラが載ったLSIとの間にシリコン・インターポーザというシリコンダイの座布団みたいな基盤の上に実装される。

また、容量を稼ぐためにHBMはメモリのダイを複数積層させる。NANDメモリでも積層しているが、NANDでは金属製のワイヤーで端子間を接続するしているが、DRAMでは高周波な信号を通すので、ワイヤーボンディングが使えない。このため、DRAMチップを貫通するシリコン貫通電極(TSV)によって接続される。

この積層とTSVは、技術的にはダイの位置合わせの困難さや、貫通ビアの形成と電極材料のCuのSiへの拡散を防ぐためのバリア層の形成などディスクリートのDRAMとは異なる技術が必要で、パッケージングの後工程はクリーンルームが必要になる。手っ取り早く、古いDRAMの前工程やNANDの後工程を転用するパターンが多い。

HBMは高度な技術が必要で、微細化も最新のものが必要になってくるので、最新のDRAMラインは単価の安いPC向けDDRや、スマートフォン向けのLPDDRよりもHBMを優先して割り振られることが多くなってきている。そして、HBM自体もHBM3以降から、2年サイクルで次世代に移行し始めた。ちょうど、DRAMプロセスの刷新サイクルと同期しているので、最新プロセスはHBM向けの需要に大きく食われ始めた。

DRAMメーカーはHBM向けで高い収益を上げているので、最新プロセスの生産能力をどんどん引き上げているが、HBMの需要はそれ以上に増えている。にもかかわらず、HBMの供給量はそこまで増えてない。新しい世代のHBMになればなるほど、積層するメモリダイの数が増えていて、増強した生産能力はHBMにどんどん食われている状況なのだ。

LSI(CPU/GPU)の微細化に必要なロジック回路の微細化も急激に進んでいて、生産能力も増強されているが、HBMやシリコンインターポーザーの供給能力は明らかに負けつつあり、単位面積当たりの単価もロジック回路よりもHBMの方が上回りつつある。

HBMの需要の高さがPC向けのDDRの生産能力を食っている理由がわかると思うが、それならなぜPC各社は古い世代のDDR4に対応したCPUを復活させようとしているのか？　DDR4はDRAMの生産プロセスとしては古いライン(1z世代など)に対応しているので、新しい世代を使うDDR5と比べて余裕がある。また、3大メーカー(SK Hynix、サムスン、マイクロン)以外の台湾系や、中国系のメーカー(供給量は少ない)も手掛けているので、最新のDDR5よりも入手性が余裕が出てくると思われる。

そもそも、生成AIで使われるハイエンドGPUがHBMのような高速で高価なメモリを大量に使うこと自体が大きな問題で、それに似合ったメモリの供給能力は微細化スピードが追い付いていない。LSI内部により高速なSRAMを使ったローカルメモリを使ったアプローチもあるが、すでに巨大化したGPUの中にローカルメモリを備えるとダイサイズが巨大化する(ウェハスケールLSIという超巨大なAIチップもあるが恐ろしく高コスト)ので現実的ではない。

そう言っても、DRAMの供給能力がボトルネックになっていることは確かなので、今後も生成AI向けのチップ開発では、HBMに依存しないアプローチを模索しながら、メモリの生産能力を奪い合う状況がしばらく続きそうだと思っている。

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SMBCも流石に米ドル預金の金利引上げがバカ発見機になるとは思ってなかったやろなぁ。

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@beagle_dao 只有低杠杆能这么操作😅

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@isj_highbeta 0+Nにならない限り入国ハードルは高いままですね😵‍💫

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@sei_078 おめでとうございます!

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@sei_078 頑張ってください!