手机装上HBM,会怎样?

如今,随着移动HBM技术的发展,我们的手机也在迈向具备类似强大AI能力的设备。那么,从移动HBM到“贾维斯”般的智能体验,我们还有多少距离?

本文来自微信公众号“半导体产业纵横”,【作者】方圆。

在漫威电影宇宙中,钢铁侠的AI管家贾维斯,能理解复杂指令、实时提供各类信息、辅助战甲高效运行,为观众描绘出强大的AI应用场景。如今,随着移动HBM技术的发展,我们的手机也在迈向具备类似强大AI能力的设备。那么,从移动HBM到“贾维斯”般的智能体验,我们还有多少距离?

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移动HBM,到底是什么?

在深入探讨移动HBM之前,先来了解一下传统内存技术在移动设备中的局限性。以智能手机为例,随着AI摄影、AI语音助手等功能的普及,手机需要在短时间内处理大量的数据。在拍摄一张AI优化的照片时,手机需要对图像进行实时分析和处理,这就要求内存能够快速地读取和存储图像数据。而传统的LPDDR内存,虽然在一定程度上能够满足日常应用的需求,但在面对这些高性能要求时,逐渐显得力不从心。在运行大型游戏、进行多任务处理时,传统内存的带宽和延迟问题也会导致设备出现卡顿、响应缓慢等情况。

LPW DRAM(Low Power Wide I/O DRAM)是移动HBM的一种技术形态。该技术是堆叠和连接LPDDR DRAM来增加内存带宽,它与HBM类似,通过将常规DRAM堆叠8层或12层来提高数据吞吐量,并具有低功耗的优势。移动HBM和LPDDR最大的区别在于是否是“定制内存”。LPDDR是通用型产品,一旦量产即可批量使用;而移动HBM是一个定制产品,反映了应用程序和客户的要求。由于移动HBM与处理器连接的引脚位置不同,因此在批量生产之前需要针对每个客户的产品进行优化设计。

HBM是在DRAM中钻微孔,并用电极连接上下层。移动HBM具有相同的堆叠概念,但正在推广一种将其堆叠在楼梯中,然后用垂直电线将其连接到基板的方法。三星和SK海力士均看中了移动HBM的潜力,但这两家公司采取的技术路线各不相同。

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存储巨头下场,搅动市场风云

AI的火热,令HBM也成了紧俏货。Yole在其最新发布的市场与技术分析报告:《Status of the Memory Industry 2025》中表示,HBM持续跑赢整个DRAM板块。2025年,HBM的营收预计将接近翻倍,达到约340亿美元,主要受限产环境和来自AI及高性能计算(HPC)平台的战略性需求推动。Yole预测,HBM市场将在2030年前保持33%的年复合增长率,届时其营收将超过DRAM市场总营收的50%。一方面,存储巨头对HBM技术持续升级并加大现有HBM产品的产量;另一方面,分出部分精力,关注另一种形式的HBM产品——移动HBM。

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三星宣布将于2028年推出搭载LPW DRAM内存的首款移动产品,该产品专为优化设备端AI性能设计。

作为“移动高带宽存储器(HBM)”,LPW DRAM以高性能、低功耗为核心特点,三星电子希望通过这款面向设备端人工智能的下一代产品,巩固其在移动内存市场的领先地位。

在2025年国际半导体会议(ISSCC)上,三星电子半导体暨装置解决方案(DS)部门首席技术官、半导体研究所所长宋在赫在主题演讲中宣布:“首款针对设备端AI优化的LPW DRAM移动产品将于2028年发布。”这是三星电子首次明确披露LPW/LLW DRAM的具体上市时间。

LPW DRAM也被称为LLW或“自定义内存”。由于其作为下一代存储器正处于兴起阶段,相关标准仍在制定中,因此业界对其有多种称谓。但无论名称如何,其核心目标一致:通过增加输入/输出通道数量、降低单个通道速度,实现功耗降低与性能提升。同时,该产品将应用垂直引线键合(VWB)封装技术,把电信号传输路径由曲线改为直线。

三星电子已提升LPW DRAM的性能目标。相较于最新的移动内存LPDDR5X,LPW DRAM的输入输出速度预计快166%,将超过每秒200千兆字节(GB);功耗则降低54%,仅为每位1.9皮焦耳(pJ)。去年9月,三星电子在中国台湾“Semicon Taiwan”展会上曾宣布LPW DRAM性能较LPDDR5X高出133%,而在不到半年的时间里,这一目标已得到提升。

需要注意的是,以LPDDR为代表的移动HBM芯片,因尺寸较小,并不适用于与HBM相同的TSV连接方案。同时,HBM制造工艺的高成本及低良率特性,也无法满足高产能移动DRAM的需求。

因此,三星电子和SK海力士采用了另一种先进的封装方式。

三星电子的VCS(垂直铜柱堆叠)方法,是将从晶圆上切割下来的DRAM芯片以台阶形状堆叠起来,用环氧材料使其硬化,然后在其上钻孔并用铜填充。三星电子表示,VCS先进封装技术相较于传统引线键合,I/O密度和带宽分别提升8倍和2.6倍;相比VWB垂直引线键合,VCS技术生产效率提升9倍。

而SK海力士选用铜线而非铜柱。其在连接元件和工艺顺序上与三星电子存在差异,具体是使用铜线连接堆叠的DRAM,之后将环氧树脂注入空白处使其硬化,以此实现移动DRAM芯片的堆叠。这一技术被称为“VFO(垂直线扇出)”,与当前采用MUF材料填充DRAM堆栈之间的间隙以实现HBM的方法类似。

SK海力士的VFO技术结合了FOWLP(晶圆级封装)和DRAM堆叠两项技术。该技术通过垂直连接,大幅缩短了电信号在多层DRAM间的传输路径,将线路长度缩短至传统内存的1/4以下,能效提高4.9%。这种方式虽然增加了1.4%的散热量,但封装厚度减少了27%。

03

手机大厂们,竞速

HBM(高带宽内存)作为高性能计算领域的关键技术,正快速向智能手机市场渗透,不仅重塑了端侧AI能力的竞争门槛,也掀起了苹果与国内头部厂商的新一轮技术竞赛。

有爆料称,苹果计划在2027年(iPhone问世20周年)的旗舰机型中首次搭载移动版HBM。

苹果对移动HBM的布局体现了其生态协同的一贯策略。据供应链信息显示,苹果正联合三星与SK海力士开发适用于移动设备的HBM解决方案。三星的VCS封装方案通过台阶式堆叠与铜柱互联技术,可使内存带宽达到LPDDR5X的2.6倍;SK海力士的VFO技术则借助铜线垂直连接优化散热表现,两种方案均计划于2026年实现量产。这种"双供应商合作+定制化开发"模式,既保持了苹果对核心部件的技术主导性,也为2027年iPhone 20周年机型的性能升级奠定基础。有行业分析认为,搭载移动HBM的iPhone有望支持本地运行百亿参数大模型,图像生成速度或提升3倍以上,同时功耗降低40%。

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在移动HBM领域,国内手机厂商正展现出技术整合的鲜明特点。有信息显示,某头部厂商研发中的新机已将这一技术纳入配置规划,计划通过自研内存控制器与自研芯片架构的协同设计实现技术落地。

这种“硬件-软件-算法”的整合能力,构成了其技术推进的重要支撑:自研的3D石墨烯散热膜可有效疏导HBM堆叠产生的局部热量,配合自有操作系统的内存动态调度机制,能在保障带宽性能的同时平衡功耗控制。

此外,该厂商在新一代通信技术与多设备互联领域的积累,可能为移动HBM拓展应用场景——当手机作为智能中枢连接车机、智能家居等设备时,高带宽内存或有助于提升跨设备AI任务的响应效率,这一方向也成为其技术布局的特色之一。

业内人士分析认为,国内企业或将抢先成为推出搭载移动HBM的手机的厂商。主要原因是其具备几方面的必要能力:其自研的SoC芯片可定制HBM所需的内存控制器、自研的操作系统支持HBM所需的字节级内存调度,其散热专利可解决HBM功耗高问题,这“三位一体”的技术闭环有助于其在技术创新领域实现抢跑。而战略层面,国内厂商也有足够的意愿通过端侧AI体验来进一步突破高端手机市场。

两者的技术路径选择反映了不同的战略考量。苹果的布局更侧重用户体验的实际落地,在与三星、SK海力士的合作中,除硬件参数优化外,同步推进Core ML框架与HBM的适配工作,以确保用户在拍照、AR交互等日常场景中能感知到体验提升;国内企业则更注重技术体系的自主构建,依托本土供应链在TSV(硅通孔)工艺上的进展,目标将移动HBM的良率从行业平均的50%提升至70%以上,从而优化量产成本结构。

04

从移动HBM到“贾维斯”还有多远?

从移动HBM到实现“贾维斯”般的智能体验,这中间还有很长的路要走。

硬件层面,虽然移动HBM提升了内存带宽和性能,但要达到“贾维斯”实时处理海量复杂数据的水平,仅靠内存升级远远不够。还需要更强大的处理器、更高效的AI芯片协同工作。目前手机中的处理器和AI芯片,在算力和能效比上与理想中的“贾维斯”运行硬件平台仍有较大差距。以运行大型AI模型为例,现有的手机硬件在模型加载速度、运算速度上还无法满足快速响应、高效处理的需求。

软件和算法方面,“贾维斯”拥有高度智能的算法,能够理解人类复杂的语言、情感,做出精准且人性化的回应。当前手机上的AI语音助手,虽然在不断进步,但在语义理解的深度、对复杂场景的应对能力上,与“贾维斯”相去甚远。开发出能够在手机端运行的超智能算法,且能适配移动HBM等硬件,是实现目标的关键挑战之一。

数据层面,“贾维斯”能调用海量数据进行分析决策。手机设备受限于存储容量、数据获取权限等,难以获取如此广泛的数据。如何在保障用户隐私的前提下,安全、有效地获取和利用数据,以提升AI的智能程度,也是需要攻克的难题。

成本和普及方面,移动HBM目前成本较高,如果要将其与其他高端硬件结合打造“贾维斯”式体验的设备,成本会进一步攀升,这将影响产品的普及。只有当技术成熟、成本降低,才能让更多消费者享受到接近“贾维斯”的智能体验。

虽然距离“贾维斯”般的智能体验尚有距离,但移动HBM技术的出现,无疑是朝着这个方向迈出的重要一步。移动设备的智能形态将逐步向更高效、更深度的方向演进,这一过程本身也将推动整个半导体与智能终端产业的协同升级。

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