挑戰(zhàn)傳統(tǒng)，打破限制，勇攀高峰，打破常規(guī)者們?cè)趯で箝_創(chuàng)性解決方案的過程中重塑規(guī)則。繼SK海力士品牌短片《誰是打破常規(guī)者》播出后，將推出一系列文章，展示公司在重塑技術(shù)、重新定義行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方面采取的各種“打破常規(guī)”的創(chuàng)新舉措。本系列第六篇文章將重點(diǎn)介紹公司如何通過設(shè)計(jì)創(chuàng)新成功研發(fā)出行業(yè)領(lǐng)先的GDDR7。

“在事成之前，一切總看似不可能?！凹{爾遜·曼德拉（Nelson Mandela）的這句名言強(qiáng)調(diào)了不斷克服看似無法逾越的挑戰(zhàn)以達(dá)成目標(biāo)的重要性，而這一方法對(duì)于在快速發(fā)展的半導(dǎo)體行業(yè)中取得成功至關(guān)重要。

隨著行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的不斷更新，半導(dǎo)體公司肩負(fù)重任，需要尋找符合這些標(biāo)準(zhǔn)的必要技術(shù)解決方案。SK海力士在這一領(lǐng)域積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，公司近期成功實(shí)現(xiàn)的最新GDDR1（圖形用DRAM）——GDDR7提升后的速度規(guī)格，正是其卓越實(shí)力的有力證明。

1圖形用雙倍數(shù)據(jù)傳輸率存儲(chǔ)器（GDDR, Graphics DDR）:由JEDEC固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)圖形用DRAM規(guī)格，為了更快地處理圖形而制定，是目前人工智能和大數(shù)據(jù)應(yīng)用中最受歡迎的存儲(chǔ)器芯片之一。

本系列第六篇文章將聚焦公司如何通過設(shè)計(jì)與技術(shù)創(chuàng)新和跨部門協(xié)作，成功研發(fā)出業(yè)內(nèi)領(lǐng)先、運(yùn)行速度最快的GDDR7。

使命：尋求技術(shù)解決方案

以滿足GDDR7速度標(biāo)準(zhǔn)

傳統(tǒng)上應(yīng)用于圖形處理和游戲的GDDR DRAM，如今憑借其并行處理能力和隨產(chǎn)品迭代而不斷提升的速度和功耗效率等先進(jìn)規(guī)格，已被廣泛應(yīng)用于人工智能、高性能計(jì)算（HPC）和自動(dòng)駕駛等多個(gè)領(lǐng)域。

為滿足GDDR7提升后的行業(yè)速度標(biāo)準(zhǔn)，SK海力士在設(shè)計(jì)與技術(shù)方面進(jìn)行了關(guān)鍵創(chuàng)新

JEDEC固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)是微電子行業(yè)的全球標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)制定GDDR存儲(chǔ)器標(biāo)準(zhǔn)，其中包括了不斷提高的速度標(biāo)準(zhǔn)。舉例說明，該協(xié)會(huì)把數(shù)據(jù)傳輸速率從GDDR5的每引腳5-10Gbps（每秒5-10千兆比特）提升到了GDDR6的14–20Gbps（每秒14-20千兆比特）。針對(duì)GDDR7，JEDEC固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)設(shè)定了24–32Gbps（每秒24-32千兆比特）的目標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸速率范圍，此舉給一眾半導(dǎo)體公司帶來了更大壓力，迫使其不得不進(jìn)行調(diào)整以滿足最新規(guī)格。

GDDR7規(guī)格中的一項(xiàng)主要變化是引入了新的信號(hào)傳輸接口，目的是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)高速率。在JEDEC固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)制定的DRAM產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中，GDDR7是首個(gè)被要求使用創(chuàng)新性脈沖幅度調(diào)制（PAM, Pulse Amplitude Modulation）2方法來實(shí)現(xiàn)高頻運(yùn)行的。與傳統(tǒng)的不歸零（NRZ, Non-Return-to-Zero）3接口采用雙電平傳輸數(shù)據(jù)不同，全新的PAM3系統(tǒng)采用了三個(gè)電平，可以實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，從而提升性能。

2脈沖幅度調(diào)制（PAM, Pulse Amplitude Modulation）：一種信號(hào)處理過程，將信號(hào)在特定時(shí)間的幅度表示為二進(jìn)制數(shù)，使連續(xù)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散模擬脈沖。

3歸零 （NRZ, Non-Return-to-Zero）：一種簡(jiǎn)易的信號(hào)傳輸接口，通過信號(hào)的兩個(gè)電平來傳輸信息。顧名思義，它所傳輸?shù)男盘?hào)在轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)時(shí)，不會(huì)變?yōu)榱恪?/p>

采用三個(gè)電平傳輸數(shù)據(jù)，PAM3的數(shù)據(jù)傳輸速率比采用雙電平的NRZ接口更快

為了滿足高數(shù)據(jù)傳輸速率規(guī)格的嚴(yán)苛要求，并支持PAM3接口，GDDR7產(chǎn)品必須采用多項(xiàng)前沿技術(shù)和設(shè)計(jì)創(chuàng)新。除了面臨這些技術(shù)挑戰(zhàn)外，SK海力士還須對(duì)此前用于GDDR6的測(cè)試方法進(jìn)行徹底革新。在測(cè)試過程中，公司在確保產(chǎn)品在實(shí)際系統(tǒng)環(huán)境中與設(shè)備測(cè)試階段達(dá)到相同性能方面，遇到了不小的挑戰(zhàn)。

在設(shè)計(jì)技術(shù)創(chuàng)新和重新審視測(cè)試方法的使命中，SK海力士充分利用了其卓越的設(shè)計(jì)專長(zhǎng)、集合全公司深厚的技術(shù)實(shí)力，展現(xiàn)出應(yīng)對(duì)新挑戰(zhàn)時(shí)所具備的成熟能力。

設(shè)計(jì)創(chuàng)新、協(xié)作，及新測(cè)試方法，

助力實(shí)現(xiàn)速度目標(biāo)

SK海力士借鑒了其在GDDR6開發(fā)過程中的寶貴經(jīng)驗(yàn)，并在GDDR7項(xiàng)目中開展了跨部門協(xié)作，針對(duì)多個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)要素進(jìn)行了優(yōu)化，同時(shí)整合了先進(jìn)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)極具挑戰(zhàn)性的產(chǎn)品速度目標(biāo)。

在量產(chǎn)的DRAM產(chǎn)品中，SK海力士率先將T型線圈4電感器融入其設(shè)計(jì)之中，這一決策是在經(jīng)過多次嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏y(cè)試和評(píng)估，并對(duì)金屬層進(jìn)行了優(yōu)化后做出的。T型線圈通過有效降低高頻損耗，顯著提升了信號(hào)完整性，從而擴(kuò)大了數(shù)據(jù)眼圖裕量5，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了可靠的高速數(shù)據(jù)傳輸。

4T型線圈：一種常用于模擬和射頻電子的感性電路，用來提高信號(hào)完整性和電路整體性能。

5數(shù)據(jù)眼圖裕量：數(shù)字信號(hào)眼圖所標(biāo)示的安全裕量，是信號(hào)完整性的一種呈現(xiàn)方式，可確保高速通信系統(tǒng)中的可靠數(shù)據(jù)傳輸。

SK海力士推出了多項(xiàng)設(shè)計(jì)創(chuàng)新，以滿足GDDR7更高的速度標(biāo)準(zhǔn)

SK海力士還采用了成熟穩(wěn)健的寫入時(shí)鐘（WCK）架構(gòu)，這是一種專門用于數(shù)據(jù)輸入和輸出操作的高速時(shí)鐘信號(hào)。這一設(shè)計(jì)使得數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)序控制更加精準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)了更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。為了在高速下保持穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸，公司將散熱基板的層數(shù)從4層增加至6層，并采用環(huán)氧樹脂模塑料（EMC, Epoxy Molding Compound）6作為封裝材料，以降低熱阻。

6環(huán)氧樹脂模塑料（EMC, Epoxy Molding Compound）:半導(dǎo)體封裝的重要材料，用于密封芯片，使其免受潮濕、高溫、震動(dòng)的影響。

為了提升測(cè)試環(huán)境并確保性能的一致性，公司還特別組建了一支專業(yè)團(tuán)隊(duì)。該團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一個(gè)評(píng)估、分析及管理環(huán)境體系，以確保模擬結(jié)果與實(shí)際系統(tǒng)實(shí)施效果的一致性。此外，該團(tuán)隊(duì)還明確了保障系統(tǒng)環(huán)境特性的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)，并開發(fā)了用于高速運(yùn)行的電路方案。

在PAM3測(cè)試方面，SK海力士首先通過生產(chǎn)測(cè)試芯片，成功驗(yàn)證了PAM3運(yùn)行的可行性。此外，公司亟需一種解決方案，以便在采用NRZ信號(hào)的現(xiàn)有量產(chǎn)設(shè)備上對(duì)PAM3進(jìn)行測(cè)試。通過與相關(guān)部門積極協(xié)作及測(cè)試工作組的不懈努力，公司利用NRZ信號(hào)傳輸設(shè)備對(duì)PAM3進(jìn)行了功能驗(yàn)證和量產(chǎn)測(cè)試，這一舉措使得SK海力士能夠在沒有全新測(cè)試基礎(chǔ)設(shè)施的情況下，顯著提升了GDDR7的多電平I/O的驗(yàn)證能力。

除提升速度和集成PAM3信號(hào)傳輸相關(guān)的創(chuàng)新外，SK海力士還通過支持異構(gòu)電源模式，確保了GDDR7在功耗效率方面的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。這一突破性進(jìn)展使得產(chǎn)品能夠在更低的電壓下高效運(yùn)行，公司因此顯著地提升了節(jié)能效果。

重新定義速率與功耗效率的新標(biāo)桿

憑借超快的數(shù)據(jù)傳輸速率和數(shù)據(jù)處理速度，GDDR7提供了行業(yè)領(lǐng)先的產(chǎn)品規(guī)格

憑借卓越的內(nèi)部協(xié)作能力、克服技術(shù)難題的實(shí)力，及以往在GDDR領(lǐng)域積累的豐富經(jīng)驗(yàn)，SK海力士于2024年7月成功研發(fā)出業(yè)界領(lǐng)先的GDDR7。這款開創(chuàng)性產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了行業(yè)領(lǐng)先的32Gbps（每秒32千兆比特）的數(shù)據(jù)傳輸速率，比上一代產(chǎn)品快60%以上，并且根據(jù)實(shí)際情況，其數(shù)據(jù)傳輸率可最高提升至40Gbps（每秒40千兆比特），展現(xiàn)出無與倫比的性能潛力。

SK海力士GDDR7在應(yīng)用于高端顯卡時(shí)，其數(shù)據(jù)處理速度可突破每秒1.5TB，相當(dāng)于每秒可處理300部容量分別為5GB的全高清電影?？傮w而言，與上一代產(chǎn)品相比，該產(chǎn)品的熱阻降低了74%。

除了提高速度和散熱性能外，與上一代產(chǎn)品相比，SK海力士還將功耗效率提高了50%以上。這一改進(jìn)對(duì)于確保GDDR7在人工智能等更高要求應(yīng)用領(lǐng)域中保持高性能，同時(shí)最大程度地降低能耗，具有至關(guān)重要的意義。

這些卓越的性能突破使SK海力士的GDDR7達(dá)到了全球最高規(guī)格。此次研發(fā)不僅提升了產(chǎn)品的特性，更確立了其在高速傳輸方面的領(lǐng)先地位，這也將使移動(dòng)端存儲(chǔ)器等其他DRAM產(chǎn)品從中受益，進(jìn)一步鞏固了SK海力士在高速解決方案領(lǐng)域的主導(dǎo)優(yōu)勢(shì)。

打破常規(guī)者專訪：

圖形設(shè)計(jì)組，車鎮(zhèn)燁組長(zhǎng)

本文采訪了DRAM設(shè)計(jì)部圖形設(shè)計(jì)組（主要負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)圖形DRAM）的車鎮(zhèn)燁組長(zhǎng)，以深入了解公司在GDDR開發(fā)領(lǐng)域所采取的創(chuàng)新策略。作為曾經(jīng)主導(dǎo)GDDR7設(shè)計(jì)工作的專家，車鎮(zhèn)燁無疑是闡述不斷提高速度特性帶來的挑戰(zhàn)，以及下一代GDDR存儲(chǔ)器發(fā)展目標(biāo)的最佳人選。

Q：隨著DRAM產(chǎn)品的更新?lián)Q代，JEDEC固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)對(duì)速度規(guī)格的要求顯著提升。您認(rèn)為在持續(xù)地實(shí)現(xiàn)如此程度的速度提升時(shí)，最大的阻礙是什么？

A：“在確保速度特性方面，單靠設(shè)計(jì)方案來實(shí)現(xiàn)是有局限性的。只有將設(shè)備、規(guī)格、測(cè)試和封裝等前沿技術(shù)元素與設(shè)計(jì)創(chuàng)新相結(jié)合，才能達(dá)成這一目標(biāo)。”

“最具挑戰(zhàn)性的方面在于持續(xù)監(jiān)測(cè)市場(chǎng)需求，并前瞻性地識(shí)別出需要開發(fā)的技術(shù)。關(guān)于后者，通過與相關(guān)部門緊密協(xié)作，積極籌備必要的基礎(chǔ)技術(shù)尤為重要。”

Q：作為團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)者，您會(huì)關(guān)注哪些方面來鼓勵(lì)團(tuán)隊(duì)成員不斷發(fā)揮創(chuàng)造力，并超越局限？

A：“為了實(shí)現(xiàn)既定目標(biāo)，我傾向于跟團(tuán)隊(duì)成員討論來確定方向，大膽地承擔(dān)新任務(wù)。無論前方道路上有多少挑戰(zhàn)，我們都將其視為磨礪技能、重新定義極限的機(jī)會(huì)?！?/p>

“尤其是，新任務(wù)無法僅依靠設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)獨(dú)自完成，必須與相關(guān)部門展開深入?yún)f(xié)作。因此，我竭盡所能地去營(yíng)造一個(gè)鼓勵(lì)團(tuán)隊(duì)成員自發(fā)與其他部門攜手合作的氛圍?！?/p>

Q：在SK海力士正在著手研發(fā)下一代GDDR產(chǎn)品，您能否簡(jiǎn)要介紹一下所在部門的目標(biāo)或發(fā)展方向？

A：“我們的目標(biāo)是鞏固在技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力方面的優(yōu)勢(shì)，繼續(xù)引領(lǐng)圖形存儲(chǔ)器市場(chǎng)。隨著圖形市場(chǎng)領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，我們計(jì)劃通過卓越的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)占有率第一，從而為公司的持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量?！?/p>