面向圖形、網(wǎng)絡(luò)和HPC的下一代內(nèi)存技術(shù)

在這個革命性技術(shù)的時代，內(nèi)存在任何需要高速處理的應(yīng)用中都起著至關(guān)重要的作用。高分辨率圖形需要高速和高帶寬圖形內(nèi)存，因此需要快速采用下一代內(nèi)存技術(shù)高帶寬內(nèi)存（HBM）。HBM 正在進(jìn)入領(lǐng)先的圖形、網(wǎng)絡(luò)、HPC（高性能計算）和人工智能系統(tǒng);例如，視頻信號解碼器、全自動駕駛汽車、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計以及其他需要低功耗和大帶寬的高級應(yīng)用。我們之前的內(nèi)存博客 – 下一代內(nèi)存技術(shù)：準(zhǔn)備好迎接驗證挑戰(zhàn)了嗎？，討論了跨應(yīng)用的幾種下一代內(nèi)存技術(shù)。本博客將回顧 HBM 的詳細(xì)信息，HBM 是用于圖形、網(wǎng)絡(luò)和 HPC 的下一代內(nèi)存技術(shù)。

在過去的十年中，GDDR5已成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并在所有面向圖形的技術(shù)中占據(jù)重要地位。GDDR5 專注于使用更多功率來實現(xiàn)更高的時鐘速度。GDDR5 芯片以單層形式直接連接到顯卡，這意味著添加更多內(nèi)存涉及在顯卡上水平展開。因此，功耗和外形尺寸一直是主要問題。HBM 已成為打破所有加工瓶頸的替代方案。

HBM： 面向圖形的內(nèi)存技術(shù)的未來

HBM 是一種 3D DRAM 技術(shù)，可堆疊多達(dá) 2 個 DRAM 芯片，這些芯片通過 TSV（硅通孔）和微凸塊互連。它通過分布式接口與主機(jī)計算芯片緊密耦合。接口分為完全獨(dú)立的通道，不一定彼此同步。HBM DRAM 使用寬接口架構(gòu)來實現(xiàn)高速、低功耗運(yùn)行。HBM 現(xiàn)已升級到 HBM2，每個堆棧最多可容納 <> 個芯片，引腳傳輸速率翻倍至 <>GT/s，適用于性能敏感的消費(fèi)類應(yīng)用。

主要特點(diǎn)

與任何其他 DRAM 一樣，HBM 內(nèi)存由主機(jī)內(nèi)存控制器的命令控制。它提供了兩個獨(dú)立的行和列命令接口，允許激活/預(yù)充電與讀/寫并行發(fā)出，因此這簡化了控制器操作并提高了效率。它一次處理 128 位數(shù)據(jù)，支持 2n 個預(yù)取架構(gòu)，每個內(nèi)存讀寫訪問 256 位。

HBM2 的關(guān)鍵增強(qiáng)功能之一是其偽通道模式，它將一個通道分成兩個單獨(dú)的子通道，每個子通道 64 位 I/O。這些通道是半獨(dú)立的。在傳統(tǒng)模式下，每個頁面的大小為 2KB，但在偽通道模式下，它只有 1KB。頁面大小越大，打開頁面所需的電量就越大。由于偽通道頁面的大小只有其一半，因此還需要大約一半的電流。這些偽通道半獨(dú)立運(yùn)行，它們共享通道的行和列命令總線以及 CK 和 CKE 輸入，但單獨(dú)解碼和執(zhí)行命令。它們還共享設(shè)備模式寄存器。

HBM 還具有溫度傳感器，控制器可以讀取該傳感器以調(diào)整其刷新率。它支持溫度補(bǔ)償自刷新。RAS（可靠性、可用性和靈敏度）功能包括對用于數(shù)據(jù)糾錯和列/行地址/數(shù)據(jù)奇偶校驗的 ECC（糾錯碼）的支持。HBM 的另一個吸引人的特點(diǎn)是 用于 IEEE-1500 訪問的 JTAG 連接， AWORD 和 DWORD 訓(xùn)練， 通道修復(fù)， 邊界掃描和環(huán)回測試模式.這些內(nèi)置的自檢 （BIST） 和內(nèi)置的自修復(fù) （BISR） 功能使 HBM 成為最復(fù)雜的動態(tài) RAM 之一。這些測試功能用于組裝系統(tǒng)級封裝（SiP）的最后測試步驟。

總而言之，HBM 是性能、功耗和外形受限系統(tǒng)的突破性內(nèi)存解決方案，提供高帶寬、低有效功耗和小尺寸。與將 DRAM 芯片盡可能靠近電路板放置的傳統(tǒng)內(nèi)存設(shè)置不同，HBM 將一堆 RAM 芯片堆疊在一起。

審核編輯：郭婷