Знакомьтесь: High Bandwidth Memory (HBM). Что такое HBM‑память и зачем она нужна?

Производители видеокарт постоянно находятся в поиске новых решений. В гонке за максимальную энергоэффективность и пропускную способность видеопамяти участвуют традиционная GDDR5 и новая HBM. Для чего понадобился новый вид памяти и почему не обойтись использованием GDDR5 вы узнаете в переводе статьи с портала bit-tech.

Память GDDR5 долгое время оставалась выбором №1 для самых высокопроизводительных решений. Сегодня её продолжают использовать в потребительских видеокартах, а также в игровых приставках PlayStation 4 и Xbox One X. Тем не менее с увеличением пропускной способности GDDR5 увеличился и уровень потребления энергии. Большой расход на подпитку памяти приводит к нехватке питания для самого процессора и падению производительности.

GDDR5 также препятствует дальнейшему уменьшению форм-фактора видеокарт. Интерфейс GDDR5 требует большого количества логики для достижения высокой производительности. Это съедает место на печатной плате. Достаточно большое пространство занимают и модули питания, которые должны справляться с большим энергопотреблением памяти.

Подобные проблемы GDDR5 могли бы быть решены за счёт уменьшения и интеграции компонентов в один чип. Однако не всё так просто: процессоры и DRAM настолько различаются по своему устройству и решаемым задачам, что их не удаётся реализовать на одном кристалле. Полупроводниковые пластины для процессоров очень дороги и не предназначены для использования в DRAM.

Требовалось найти более эффективное решение. Им стала базовая соединительная подложка (base logic die). Благодаря такой подложке графический процессор и DRAM являются единым чипом, сохраняя при этом необходимые производственные различия. Это позволило увеличить скорость передачи данных, уменьшить рабочие частоты и, как следствие, уменьшить энергопотребление устройств.

Новый тип памяти, названный  High Bandwidth Memory (HBM), обеспечивает высокую пропускную способность не столько за счёт частоты, как GDDR5, но и за счёт большей ширины шины. Это достигается путём использования трёхмерной компоновки: каждая интегральная схема памяти  располагается поверх предыдущей. Поэтому полупроводниковые пластины также должны быть и очень тонкими, порядка 100 микрон.

В одной сборке HBM-памяти из 4 слоёв шина в 1024 бит из 8 независимых 128-битных каналов. 1 ГГц частоты процессора обеспечивает пропускную способность в 128 ГБ/с. Важно, что по сравнению с GDDR5 для работы HBM-памяти требуется более низкое напряжение — 1,3 вольта.

Таким образом, HBM-память успешно решает две главные проблемы GDDR5: низкая пропускная способность на ватт и низкая пропускная способность на миллиметр печатной платы. Новый дизайн памяти является более производительным и потребляет гораздо меньше энергии. Так, пропускная способность чипа с 1 ГБ HBM-памяти в 4 раза выше, чем чипа с 8 гигабайтами GDDR5.

На основе HBM-памяти построены следующие модели графических карт NVIDIA: Tesla P100, NVIDIA Titan V, Quadro GP100, Quadro GV100 и Tesla V100, которая используется в нашей услуге ««Выделенные серверы с GPU».

С оригиналом статьи вы можете ознакомиться на сайте bit-tech.