Út a HBM-hez
Az AMD a mai napon hivatalosan is bemutatta a HBM memóriaszabványt, amelyről a vállalat nemrég egy zárt konferencián tájékoztatta a médiát. A HBM-ről a lapunk hasábjain már viszonylag sokat írtunk, hiszen többek között a Hynix az idei CeBIT-en mutatta meg magát a memóriát, illetve arról is régóta tudni, hogy a két cég közösen fejezte be a fejlesztést mindenki mást kizárva az első generációs verzióból.
Magán a konferencián Joe Macri, az AMD technológiai igazgatója beszélt a HBM megszületéséről, illetve előnyeiről, továbbá az is kiderült, hogy egy közel hétéves fejlesztésről van szó. Bár magát a HBM koncepcióját nem Joe Macri találta ki, a szakember vezető szerepet vállalt a fejlesztésben és később a szabványosításban, hiszen ez a JEDEC vezető beosztású tagjaként a kötelessége.
Joe Macri elmondása szerint az AMD 2007-ben figyelt fel arra a trendre, amelyre egyébként a GDDR5-tel akkor már bőszen kísérletező memóriagyártók is felkapták a fejüket. Ez az AMD számára nem volt nehéz, hiszen a GDDR5 fejlesztésében is vezető szerepet vállalt a cég, így az első kísérleteket az akkor még tervezés alatt álló RV770 kódnevű grafikus vezérlővel már el lehetett végezni.
[+]
A GDDR5 egyik nagy problémája az volt, hogy a DDR3-nál lényegesen több energiát igényelt, és itt nem feltétlenül magukra a memóriákra kell gondolni, hanem a memóriák működtetéséhez szükséges teljes konstrukcióra, ideértve a memóriavezérlőt, valamint a GDDR5 lapkák működéséhez szükséges egyéb komponenseket. Ráadásul a fogyasztás a GDDR5 memóriák órajelének, illetve az üzemfeszültségének növelésével csak rosszabb lett, így elértünk arra a pontra, hogy egy 300 wattos TDP fogyasztással rendelkező csúcskártyán a GDDR5 memóriák, illetve a működésükhöz szükséges komponensek elviszik a fogyasztási keret majdnem egyötödét. Ez azt is jelenti, hogy a VGA-kra kisebb fogyasztású GPU-kat lehet építeni, és ez a trend az elmúlt években nagyon is megfigyelhető volt.
A legfőbb probléma, hogy mára nagyon közel kerültünk ahhoz a ponthoz, amikor a teljes memória-alrendszer már többet fog fogyasztani, mint maga a grafikus processzor, és ekkor a VGA-k teljesítménye nem nőni, hanem csökkenni fog. Ennek az elkerülésére az AMD több koncepciót is felvetett hét éve. Az egyik a videomemória integrálása magába lapkába, amit nagyon gyorsan elvetettek, mert a DRAM erre nem ideális. A másik opció egy új, GDDR5 utáni DRAM memória volt, de az ezeknél a koncepcióknál látható, hogy a memória-sávszélesség növelése aránytalanul megnöveli a fogyasztást, vagyis egy új DRAM opció csak időhúzásra lett volna jó, de igazi megoldást nem jelentett volna az alapproblémára.
A lehetséges, de végül elvetett ösvények [+]
Végül az AMD egyik mérnöke 2008-ban előállt egy olyan ötlettel, amely elvi szinten pont ideális arra, amire szükség van. Ez a koncepció csupán annyi volt, hogy legyen a DRAM memória olyan közel a lapkához, amelyen közel csak lehet. Ennek akkor még nem volt neve, de gyorsan kiderült, hogy minden potenciális problémára megoldást kínál. Lehetővé teszi a rendkívül széles, több ezer bites memóriabuszok használatát, leegyszerűsíti a teljes memória-alrendszert, illetve a tokozásszintű integrációnak hála radikálisan nő az egységnyi fogyasztásra levetített memória-sávszélesség.
Az egyetlen komoly problémának az úgynevezett interposer réteg tűnt, amely összekötné magát a DRAM memóriát a lapkával. Ez azért volt komoly gond, mert ennek a rétegnek rendkívül vékonynak kellett lennie, miközben sok ezer vezeték elvezetésére volt szükség. A mérnöki kihívás tehát adott volt, és az AMD szövetkezett az ASE, Amkor és UMC trióval, hogy letegyék az interposerek tömeggyártásához szükséges technológiát. Messze ez volt a folyamat legnehezebb része, de az új évtizedben komoly eredményeket sikerült elérni.
A HBM megszületése
Az AMD következő lépésként egy memóriagyártót keresett annak érdekében, hogy definiáljanak egy új memóriaszabványt. A Hynix vállalta a szerepet és ezzel megszületett a HBM, azaz a High Bandwith Memory. A specifikációkat az AMD és a Hynix dolgozta ki, és adták le a JEDEC számára véglegesítésre.
[+]
A teljes koncepció 2012 környékén kezdett összeállni. A tokozásra alapként maga az interposer réteg került, amelynek a tetején ott volt maga a lapka, pontosabban a grafikus vezérlő, illetve mellette egy logikai áramkor, amely 3D-s tokozással tartalmazta magukat a HBM memóriákat.
2014-ben lényegében az egész fejlesztés célegyenesbe fordult, de a Hynix aggódott amiatt, hogy a rendszer komplexitása miatt olyan hibákat is a HBM számlájára írnak majd a partnerek, amelyek valójában egyedi problémák. Éppen ezért egy kényszerű döntéssel csak az AMD visszajelzéseit fogadta el az ismert memóriagyártó, mivel az első körben biztosítani szerették volna, hogy a fejlesztés komplexitása ellenére is tökéletes rendszer szülessen, ami nyilván egy nagyon jó alapot ad a második generációs fejlesztéshez, hiszen akkor a hibajavítások helyett a hatékonyság növelésére lehet már fókuszálni.
Az AMD saját mérései szerint a HBM memória kiemelkedően teljesít. Míg a GDDR5 esetében a memória-sávszélesség/fogyasztás arány 10,66 GB/másodperc/watt, addig ez az érték a HBM esetében több mint 35 GB/másodperc/watt – ezzel a hatékonyság több mint háromszorosára nőtt. Ennél is jobb hír, hogy amíg 1 GB-nyi GDDR5 memória 672 mm²-es területet igényel a VGA-n, addig a HBM esetében 1 GB-nyi kapacitás kijön mindössze 35 mm²-ből, vagyis 19-szer kevesebb hely szükséges ugyanakkora memóriakapacitás kiépítéséhez.
[+]
Ez természetesen kihatással lesz a VGA nyomtatott áramköri lapjára is. Az AMD szerint a Radeon R9 290X referenciamodellje 9900 mm²-es nyomtatott áramköri lapot használ a memória és a grafikus vezérlő párosítására, de a még be nem jelentett új csúcs-Radeon esetében ez a terület kevesebb mint 4900 mm², vagyis lényegében egy középkategóriás VGA-hoz hasonlítható, sőt még annál is kisebb.
Az AMD azt is elmondta, hogy a HBM memóriára minden területen fókuszálnak majd, és arra számítanak, hogy iparági szabványról lévén szó más memóriagyártók is vonzónak találják majd. Ezzel kapcsolatban amúgy nagyon pozitívak a visszajelzések. A HBM gyakorlatilag minden területen versenyképes, így a GDDR5 mellett a DDR4 és az LPDDR4 memóriák kiváltója is lehet, hiszen egységnyi fogyasztás mellett nagyságrendekkel nagyobb teljesítményt kínál.
Az AMD egyébként nem feltétlenül tekint a HBM-re abszolút megoldásként, így olyan dizájnokat is vizsgálnak, amelyek a HBM és a DDR4 kombinációi. Ilyen esetben az adott lapka tokozása tartalmazna pár gigabájtnyi rendkívül gyors HBM memóriát, amelyet kiegészítene a tokozáson kívüli, lassabb DDR4 memória, amely viszont akár több száz gigabájtnyi kapacitást is kínálhat. Ez majd lényeges szempont lesz a HPC szerverek területén.
Abu85
