Видеопамять. Стандарт HBM.

Видеопамять используется для временного сохранения, помимо непосредственно данных изображения, и других: текстуры, шейдеры, вершинные буферы, Z-буфер (удалённость элементов изображения в 3D-графике), и тому подобные данные графической подсистемы (за исключением, по большей части данных Video BIOS, внутренней памяти графического процессора и т. п.) и коды.

HBM обеспечивает более высокую пропускную способность при меньшем расходе энергии и существенно меньших размерах по сравнению с DDR4 или GDDR5, GDDR6. 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). Stacked DRAM — размещении чипов памяти слоями, с одновременным доступом к разным микросхемам, что расширяет шину памяти, значительно повышая пропускную способность и немного снижая задержки.

Шина НВМ-памяти обладает существенно большей шириной по сравнению с памятью DRAM, в частности, НВМ-стек из четырёх кристаллов DRAM (4-Hi) - имеет два 128-битных канала на кристалл — в общей сложности 8 каналов и ширину в 1024 бита (рис. 1).

Рис. 1.

А чип с четырьмя 4-Hi-НВМ-стеками будет иметь ширину канала памяти в 4096 бита (1024x4= 4096), притом ширина шины GDDR-памяти — 64 бита на один канал).

12 января 2016 HBM2-память была стандартизирована как JESD235a.

HBM2 позволяет разместить до 8 схем на штабеле, что удваивает пропускную способность. Стандарт HBM не настолько универсальный, как HMC, это специализированная версия Wide I/O 2, которая лучше всего подходит именно для графических процессоров, хотя может применяться и в будущих гибридных процессорах APU компании AMD, например. Хотя компании AMD и Nvidia уже анонсировали применение HBM в будущих поколениях GPU, Nvidia ожидала выхода своего Pascal с поддержкой этой памяти лишь в конце 2016-м, тогда как AMD планировал выпуск первого графического процессора, оснащенного HBM-памятью, уже в середине года.

Еще в 2011 году компании AMD и Hynix анонсировали совместные планы по разработке и внедрению нового стандарта памяти — 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 памяти. То есть в итоге на GPU получается просто широченная по меркам GDDR5-памяти шина в 4096 бит (рис. 2).

Рис. 2.

Естественно, что при этом чипам памяти не обязательно работать на таких высоких частотах, как в случае GDDR5, GDDR6 — 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. 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).