AMD 講解HBM的優勢 - 顯卡

轉自
http://news.mydrivers.com/1/431/431040_all.htm#2

據介紹，AMD從事HBM技術研發已經長達7年了，與包括SK海力士在內的眾多業界夥伴一起
完成了這種新一代顯存。AMD方面的負責人是Bryan Black，過去7年的時間他基本都投身
在了HBM的研發上，是一位很有勇氣的工程師。

下邊，我們先通過幻燈片瞭解一下HBM的台前幕後，在解答一些熱點問題。

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首先是HBM顯存的必要性。目前主流的顯存規格是GDDR5，經過多年的使用和發展已經進入
了瓶頸期，迫切需要新的替代技術。
對於任何半導體產品而言，性能和功耗都是一對矛盾體，包括顯卡。如果顯卡整體功耗限
定，那麼GPU、顯存兩部分就必須互相妥協，而如今GDDR5顯存的規格越來越高，功耗也水
漲船高，導致留給GPU的功耗空間減少，必然影響性能提升。

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一個關鍵問題就是顯存帶寬，它卻決於顯存的位寬和頻率。位寬都是GPU決定的，太高了
會嚴重增大GPU芯片面積和功耗，所以高端顯卡一直停留在384/512位。同時，GDDR5的頻
率已經超過7GHz，提升空間不大了。

http://i.imgur.com/8BFKBko.jpg
另外，GDDR5(包括以前的顯存)都面臨著「佔地面積」的問題。一大堆顯存顆粒圍繞在GPU
芯片周圍，這已經是固定模式，GDDR5再怎麼縮小也無法改變，而且已經不可能再繼續大
幅度縮小了。

http://i.imgur.com/1gcROmI.jpg那麼，將DRAM集成到SoC處理器內部如何呢？目前看得
不償失，性能、功耗、尺寸、工藝都是很大的限制，無法獲得足夠的效益，短期內還必須
相對獨立。

http://i.imgur.com/NkRYW5Z.jpg
所以合理的下一步解決方案就是「中介層」(Interposer)，讓DRAM儘可能接近GPU芯片，
封裝在同一基板上，提高通信能力。
於是，AMD聯合ASE、Amkor、聯電等夥伴聯合開發了第一個可以批量生產的中介層方案，
用到了HBM顯存上。

http://i.imgur.com/ovpN7FF.jpg這就是AMD HBM方案的側面剖視圖。這一方案是基於AMD
、海力士聯合定義、研發的第一個完整規範和原型。
橙色部分就是HBM顯存的Die，3D立體封裝，多個Die(目前最多四個)垂直堆疊在一起，通
過TSV硅穿孔和micro-bumps微凸點技術彼此連接。藍色部分是邏輯Die，是一個內外通信
接口。
注意，每一個HBM Die都垂直與底部的邏輯Die進行通信，彼此之間是沒有任何聯繫的。
灰色部分是中介層(Interposer)，是整個方案的通信員，將HBM顯存與GPU(也可以是
CPU/SoC)同構PHY物理層聯繫在一起，同時把它們都固定在封裝基板上。
HBM顯存本身是真正的3D封裝，而整個方案是2.5D封裝。

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看這張更有立體感的圖，可以更好地理解HBM的3D結構。

http://i.imgur.com/pq2zqPH.jpg
HBM如其名，最大的特點就是高帶寬(確切地說是高位寬)，目前已經可以做到單個顆粒
1024-bit，GDDR5的足足32倍。顯存帶寬與位寬、頻率都成正比，因此位寬上去了，頻率
就不用那麼高了，HBM目前的有效頻率僅僅1GHz，GDDR5的七分之一。
就這樣，HBM每個堆棧的帶寬可以突破100GB/s，GDDR5的四五倍。
更關鍵的是，HBM的電壓要求僅僅1.3V，低於GDDR5 1.5V，更加的節能。

http://i.imgur.com/fguvNHT.jpg
帶寬高了，功耗低了，能效自然非常突出，HBM每瓦特可提供35+GB/s的帶寬，GDDR5則只
能勉強超過10GB/s，高下立判。

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http://i.imgur.com/xkLYtzz.jpg
同時，HBM體積小巧，非常節省空間，四層堆疊的1GB HBM只需要5×7＝35毫米，而且是圍
繞著GPU核心統一封裝，不佔用PCB電路板。
1GB GDDR5則需要24×28＝672平方毫米，還得算上封裝針腳，而且都是分佈在PCB上的。
因此從GDDR5換到HBM，顯卡的面積可以縮小一半以上。

以下是熱點問題解答：

問：HBM顯存與GPU核心未來是否會完全整合到一起？
Joe Macri：肯定會的。現在它們是2.5D封裝，是目前比較合理的解決方案。完全的3D整
合封裝我們還在研究之中。對於手機等應用領域來說，這樣做會更適合(所佔面積更小)。
3D封裝可以實現，但是成本會上升，性能上也不會帶來大幅提升，或者其他明顯的好處。

問：HBM顯存會比GDDR5增加多少成本？
Joe Macri：這個不能具體說增加多少，但是有了HBM，我們可以推出更有價格競爭優勢的
顯卡。

問：HBM是否也會用到中低端顯卡上？
Joe Macri：會的。HBM和GDDR5類似，最初主要針對高端市場，之後慢慢就會覆蓋到中端
市場。HBM的普及速度還得看行業競爭。如果整個生態都用HBM，再加上它特有的能力，普
及肯定會很快。

問：網傳AMD會推出配備HBM顯存的高性能計算APU，是真的嗎？
Joe Macri：我們可以看到，APU正在越來越強大。對於AMD來說，GPU、APU都會使用HBM，
這只是個時間問題。HBM其實並不僅限於顯卡，高性能計算、超級計算機、通信基礎設備
、服務器、PC等等都可以用。

問：AMD率先使用了HBM，而新技術總是機遇與挑戰並存，AMD是如何考慮的？
Joe Macri：AMD的一個原則就是，我們發現了問題，我們就要去解決問題，提供解決方案
。比如說，我們把內存控制器集成到了處理器內部，我們推出了HSA異構系統架構。AMD喜
歡創新，也不怕競爭對手複製。我們認為，推廣HBM和當年我們推廣GDDR5是一樣的。


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