/ 發布日期：2016/11/25/ 瀏覽次數：155

自電腦發明以來，記憶體技術的進展快速，然而傳統的記憶體架構已在效能與頻寬(Bandwidth)上遭遇瓶頸，儘管全球各大半導體廠商極力開發新技術，但礙於成本與耐用性問題而難以躍居主流。直至三維堆疊記憶體(3D Stacked Memory)技術問世，解決問題的突破口才開始顯現。Frost & Sullivan的報告以三維堆疊記憶體為主題，論述近期的創新技術應用案例，以及六項策略觀點。

一、 創新技術應用案例
三維堆疊記憶體被視作克服記憶體牆(Memory Wall)挑戰的解決之道，然而，「如何改善記憶體與CPU之間即時的大量資料傳輸」是三維堆疊記憶體實際整合工作目前面對的課題。對高速的資料傳輸而言，記憶體與CPU之間的互連(Interconnect)是潛在的瓶頸，互連通道與三維堆疊記憶體的整合是技術與架構上的雙重挑戰。
美國的NVIDIA公司研發出名為「Pascal」的新世代圖形處理器(Graphic Processing Units, GPUs)，解決上述三維堆疊記憶體整合的挑戰。Pascal的GPU架構，整合了五項突破性技術，包括：鰭式場效電晶體(FinField-Effect Transistor, FinFET)製造技術、NVIDIA公司的NVLink雙向(Bidirectional)互連技術、創新的CoWoS (Chip-on-Wafer-on-Substrate)、第二代高頻寬記憶體(High Bandwidth Memory 2, HBM2)，以及先進的人工智慧演算法。
Pascal模組將GPU與NVLink互連通道整合在一起，藉由三維堆疊記憶體，高速GPU的記憶體頻寬限制得以解除。堆疊記憶體被安置於鄰近GPU的位置，而非鄰近處理器基板(Processor Board)的位置，如此便能透過控管記憶體與GPU之間的資訊流通，達到縮短時間花費的成效。NVLink是雙向的高速互連通道，讓Pascal模組內三維堆疊記憶體與CPU之間的資訊流量大幅提升，比現行的產業標準高了五倍之多。

二、 策略觀點
(一) 受影響的產業：消費性電子、遊戲產業、擴增實境(Augmented Reality, AR)與虛擬實境(Virtual Reality, VR)，以及深度學習(Deep Learning)。
(二) 專利概況：
1. 近年來，三維堆疊記憶體相關專利的申請情況顯示該領域的研發活動處於萌芽階段。
2. 在2012至2016年間，美國、中國、韓國、日本，以及歐洲是申請三維堆疊記憶體專利較為頻繁的地區。
3. 在2012至2016年間，SanDisk、SK Hynix、IBM、Macronix，以及Samsung是三維堆疊記憶體領域的主要專利持有者。
(三) 市場概況：
1. 電子領域的進步能夠因應運算裝置在功能與小型化方面的需求，研究的焦點已經轉移至降低零組件覆蓋區(Footprint)以利裝配的創新技術。
2. 記憶體是決定尺寸與功能的重要零組件，裝置正朝向小型化的方向發展，製造商因此特別關注堆疊記憶體晶片。
3. 這項技術的主要優勢是降低構裝(Package)的覆蓋區、提高容量、降低資料延遲，以及減少能源需求。
4. 由於遊戲產業相當仰賴GPU，因此是鼓勵三維堆疊記憶體研發的主要市場。
(四) 短中長期的目標應用：
1. 短期：行動運算裝置的GPU系統，例如：筆記型電腦與智慧型手機。
2. 中期：具備AR與VR的先進遊戲裝置，以及用於軍事訓練的虛擬作戰模擬系統。
3. 長期：次世代的超級電腦、大量資料的運算系統，以及即時監控系統。
(五) 驅動力：
1. 運算技術的進步
2. AR與VR帶動遊戲產業的進步
3. 雲端產品的採用量提升
(六) 限制因素：
1. 因為技術的生命週期尚處於萌芽階段，因此消費者意識較為欠缺。
2. 熱管理(Thermal Management)與架構方面仍存在著技術上的挑戰。