Основам ныне применяемых стандартов DRAM уже не один десяток лет, и их улучшение позволило повысить пропускную способность, но далеко не настолько, насколько выросла производительность CPU и GPU за это время. Особенно это касается графических процессоров, и индустрии требуются новые типы памяти, которые дадут совершенно иные возможности.
Новые стандарты основываются на так называемой stacked DRAM - размещении чипов памяти слоями, с одновременным доступом к разным микросхемам, что расширяет шину памяти, значительно повышая пропускную способность и немного снижая задержки.
Стандарт Hybrid Memory Cube (HMC), предлагаемый Intel и Micron, можно назвать наиболее универсальным, он должен позволить получить пропускную способность памяти (ПСП) до 480 ГБ/с при несколько больших энергопотреблении и себестоимости по сравнению с Wide I/O 2.
Стандарт HMC не является стандартом JEDEC, но в консорциум входят такие крупные компании, как Samsung, Micron, Microsoft, Altera, ARM, Intel, HP, Xilinx, SK Hynix и другие, так что поддержка со стороны индустрии у стандарта достаточная. Однако среди поддерживающих HMC нет компаний AMD и Nvidia, выпускающих графические процессоры — они выбрали для себя конкурирующий (условно) стандарт компании Hynix — High Bandwidth Memory (HBM).
High Bandwidth Memory (HBM). Новый тип памяти должен был стать огромным шагом вперед по сравнению с применяющейся до сих пор GDDR-памятью, и среди главных преимуществ HBM значились серьезное увеличение пропускной способности и увеличение энергетической эффективности (снижение потребления вместе с ростом производительности).
В стандарте HBM и аналогичных ему, вместо массива очень быстрых чипов памяти (7 ГГц и выше), соединенных с графическим процессором по сравнительно узкой шине от 128 до 512 бит, применяются очень медленные чипы памяти (порядка 1 ГГц эффективной частоты), но ширина шины памяти при этом получается шире в несколько раз.
Как и в случае с GDDR5, ширина шины для различных GPU будет разной и она зависит как от поколения стандарта HBM (первого или второго на данный момент), так и конкретного воплощения.
Компания AMD говорит о применении четырех стеков (stacks, стопок или пачек) чипов памяти, каждый из которых состоит из четырех микросхем и дает 1024 -битный интерфейс стопок памяти и (1024x4=4096-битный интерфейс памяти).
То есть в итоге на GPU получается просто широченная по меркам GDDR5-памяти шина в 4096 бит. Естественно, что при этом чипам памяти не обязательно работать на таких высоких частотах, как в случае GDDR5 — даже низких частот будет достаточно, чтобы по полосе пропускания памяти заметно обойти привычные доселе интерфейсы. Такие типы памяти, как HMC и HBM, открыли гибридным процессорам совершенно новые возможности, и производительность встроенного графического ядра значительно вырастет.
Уже в январе 2016 HBM2-память была стандартизирована как JESD235a. HBM2 позволяет разместить до 8 схем на штабеле, что удваивает пропускную способность. Пиковая скорость передачи данных (пропускная способность) памяти современных видеокарт достигает 480 ГБ/с для типа памяти GDDR5X (например, у NVIDIA TITAN X Pascal) и 512 ГБ/c для типа памяти HBM (например, у AMD Radeon R9 FURY X).
Память HBM обеспечивает более высокую пропускную способность при меньшем расходе энергии и существенно меньших размерах по сравнению с GDDR4 или GDDR5. Это достигается путём объединения в стек до восьми интегральных схем DRAM (включая опциональную базовую схему с контроллером памяти), которые соединены между собой с помощью сквозных кремниевых межсоединений (англ. Through-silicon via) и микроконтактных выводов (англ. microbumps).
Шина НВМ-памяти обладает существенно большей шириной по сравнению с памятью DRAM, в частности, НВМ-стек из четырёх кристаллов DRAM (4-Hi), каждый кристалл имеет по два 128-битных канала на кристалл (рис. 1) — в общей сложности 8 каналов и ширину шины в 1024 бита (128 х 8 = 1024).
Рис. 1. НВМ-стек из четырёх кристаллов.
Чип с четырьмя 4-Hi-НВМ-стеками (рис. 2) будет иметь ширину канала памяти в 4096 бита (1024x4= 4096), притом ширина шины GDDR-памяти - 64 бита на один канал). HBM2 позволяет разместить до 8 схем на штабеле, что удваивает пропускную способность.
Рис. 2. Чип с четырьмя 4-Hi-НВМ-стеками
Версия сайта для слабовидящих