AMD wyjawia szczegóły na temat pamięci HBM

Pamięć GDDR5 – hamulec rozwoju kart graficznych

Kiedy mówimy o nowych generacjach kart graficznych, najczęściej mamy na myśli nowe procesory graficzne – w głównej mierze to właśnie one są siłą napędową rozwoju branży. Pamięć wideo schodzi na dalszy plan, bo jakby nie patrzeć, mamy tutaj małą możliwość wyboru – nie licząc budżetowych modeli, producenci ciągle stosują kości GDDR5, które są dostępne już prawie od siedmiu lat (pierwszą kartą wykorzystującą takie pamięci był Radeon HD 4870).

Radeon R9 290X ma 512-bitową magistralę pamięci GDDR5, a więc na jego laminacie znalazło się aż 16 kości – podsystem pamięci zajmuje zatem blisko 1/3 całej powierzchni płytki drukowanej

Problem jednak w tym, że pamięci GDDR5 nie są idealne i zaczyna to coraz bardziej doskwierać producentom układów graficznych. Pojedyncze kości komunikują się z procesorem graficznym za pomocą 32-bitowej magistrali, a więc, by osiągnąć większą przepustowość, konieczne jest zastosowanie większej liczby kości pamięci. Oprócz tego potrzebują one stosunkowo dużych regulatorów napięcia, bo wraz ze wzrostem przepustowości, wzrasta też pobór mocy (i to nieproporcjonalnie). W efekcie, do uzyskania coraz większej wydajności pamięci wideo, konieczne jest wygospodarowanie coraz większej powierzchni na laminacie kart graficznych.

Rozwiązanie? Pamięć HBM!

Firmy AMD i SK Hynix zawiązały partnerstwo technologiczne i postanowiły opracować nowy standard pamięci, który nie będzie hamował rozwoju kart graficznych – tak powstała pamięć High Bandwidth Memory (HBM). Obydwie firmy zobowiązały się opracować specyfikację i rozwijać nowy standard.

Struktura połączenia procesora graficznego z pamięcią HBM

Główna różnica sprowadza się do integracji pamięci bezpośrednio na podłożu, na którym umieszczony jest procesor graficzny – dzięki temu znajduje się ona bliżej rdzenia i wykorzystuje dużo szerszą magistralę (1024-bit zamiast 32-bit).

Oprócz tego producent zdecydował się na pionowe rozłożenie warstw pamięci, co pozwoliło zwiększyć jej gęstość – podobne rozwiązanie jest już stosowane w pamięciach Intel/Micron 3D NAND lub Samsung 3D V-NAND dla dysków półprzewodnikowych (SSD). Pierwsze kości HBM powinny mieć pojemność 8 Gb (1 GB), ale już są w planach wersje o pojemności 16 Gb (2 GB). Dla porównania, obecnie stosowane kości GDDR5 mają pojemność tylko 2 Gb (256 MB) lub góra 4 Gb (512 MB).

Zalety pamięci HBM

Pamięć HBM pracuję z niższym taktowaniem, ale dzięki dużo szerszej magistrali oferuje większą przepustowość - dla jednej kości może ona wynosić ponad 100 GB/s, podczas gdy dla jednej kości GDDR5 jest to zaledwie 28 GB/s. Oprócz tego pamięć HBM ma niższe napięcie zasilające, co bezpośrednio wpływa na niższy pobór energii elektrycznej. W efekcie otrzymujemy ponad 3-krotnie większą efektywność energetyczną (przepustowość w przeliczeniu na pobieraną moc).

To jednak nie koniec, bo pamięć HBM zajmuje dużo mniej miejsca. Same kości mają wymiary 5 x 7 mm, a więc powierzchnia 1 GB pamięci jest tutaj nawet o 94% mniejsza od tej wymaganej przez pamięć GDDR5 (35 mm2 zamiast 672 mm2).

Porównanie powierzchni podsystemu pamięci Radeona R9 290X i nowej karty z pamięciami HBM

Dzięki mniejszym wymiarom kości i integracji ich na podłożu z procesorem graficznym, zmniejszy się też powierzchnia całego podsystemu odpowiedzialnego za pamięć wideo karty graficznej. Według udostępnionych nam informacji, powierzchnia karty wykorzystującej nowe pamięci HBM jest o ponad połowę mniejsza niż Radeona R9 290X. Prawda, że robi wrażenie? :)

Perspektywy na przyszłość

Nowy standard początkowo zostanie wykorzystany w kartach graficznych AMD z serii Radeon 300. Zapewne interesują Was szczegóły, ale… niestety, jeszcze nie możemy ich ujawnić ;-). Nie oznacza to jednak, że nie będą mogli z niego korzystać inni producenci – wręcz przeciwnie, będzie on dostępny dla wszystkich zainteresowanych. Przykładowo, koncern Nvidia zapowiedział jego wdrożenie w kartach graficznych z generacji Pascal (jako 3D Memory), których premiera ma nastąpić już w przyszłym roku.

Moduł Nvidia Pascal z pamięciami HBM (cztery „kostki” obok procesora graficznego)

Wykorzystanie pamięci HBM otwiera też nową drogę – konstruowania potężnych akceleratorów dla mniejszych komputerów SFF i ITX. Jesteśmy ciekaw czy producenci będą nią podążać i jak wykorzystają jej możliwości.