近年來隨著人工智能浪潮的興起,數(shù)據(jù)中心和服務器市場對于內(nèi)存性能的要求達到了前所未有的高度。HBM(高帶寬內(nèi)存)憑借其卓越的性能優(yōu)勢,如高帶寬、低功耗、高集成度和靈活的架構,成為了這一領域的“香餑餑”,炙手可熱。
HBM 技術不僅滿足了高性能計算和大數(shù)據(jù)處理對內(nèi)存帶寬和容量的極高要求,還通過其先進的 3D 堆疊技術和硅通孔(TSV)技術顯著降低了功耗和空間占用。在人工智能模型訓練、科學計算、圖形渲染等應用場景中,HBM 為系統(tǒng)提供了強大的內(nèi)存支持,極大地提升了數(shù)據(jù)處理效率和計算性能,成為推動數(shù)據(jù)中心和服務器市場技術進步的關鍵因素之一。
HBM 協(xié)議概述
HBM(High Bandwidth Memory)即高帶寬內(nèi)存,是一種用于 GPU、服務器、高性能計算(HPC)以及網(wǎng)絡連接的內(nèi)存接口。它采用 3D 堆疊 DRAM 存儲器技術,將多個 DDR 芯片堆疊在一起并與 GPU 封裝,形成大容量、高位寬的 DDR 組合陣列。HBM 協(xié)議通過堆疊的方式顯著提高了內(nèi)存的帶寬和容量,同時降低了功耗和占用空間,為高性能計算領域提供了強大的內(nèi)存支持。
HBM 的技術優(yōu)勢及迭代
HBM 協(xié)議的技術優(yōu)勢
·高帶寬
HBM 通過增加位寬而非提高頻率來提升帶寬。其 IO 位寬可達 1024bits,遠高于 GDDR5的32bits。例如,HBM以500MHz 的內(nèi)存為例,單個顆粒的帶寬可達到 128GB/s,而 GDDR5 的帶寬通常在 128GB/s左右,但需要更高的頻率來實現(xiàn)。HBM 的帶寬優(yōu)勢使其在需要大量數(shù)據(jù)并行處理的場景中表現(xiàn)更優(yōu)。
·低功耗
相比傳統(tǒng)的 GDDR5,HBM 在相同帶寬下功耗更低。這是因為 HBM 通過堆疊結構減少了芯片間的連接距離,從而降低了信號傳輸?shù)墓?。此外,HBM 還支持多種節(jié)能模式,如待機模式、動態(tài)頻率調(diào)整等,可以根據(jù)實際工作負載動態(tài)調(diào)整功耗,進一步提高了能效比。
·更小外形
除了性能和功耗外,HBM 在節(jié)省產(chǎn)品空間方面也獨具匠心。隨著游戲玩家對更輕便高效的電腦追求,HBM 應運而生,它小巧的外形令人驚嘆,使游戲玩家可以擺脫笨重的 GDDR5 芯片,盡享高效。此外,HBM 比 GDDR5 節(jié)省了 94% 的表面積。
·高集成度
HBM 采用 3D 堆疊技術,將多個 DRAM 芯片垂直堆疊在一起,通過硅通孔(TSV)進行連接。這種堆疊方式不僅提高了內(nèi)存的容量密度,還減小了內(nèi)存模塊的物理尺寸,使得 HBM 更適合于對空間有嚴格要求的應用場景,如高性能計算和人工智能加速器等。
·靈活的架構
HBM 的內(nèi)部組織方式具有較高的靈活性。其 BANK 和BANK 之間、Bankgroup 和 Bankgroup 之間是獨立訪問的,這為上層靈活控制提供了接口。此外,HBM 還支持多種尋址模式和命令操作,如偽通道(pseudo channel)尋址、雙命令接口等,能夠更好地適應不同的應用場景和工作負載。
技術迭代:從 HBM1 到 HBM3E 的五代演進
HBM 的應用場景
HBM(High Bandwidth Memory)憑借其高帶寬、低功耗、高集成度和靈活的架構特點,在多個領域展現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢,以下是 HBM 的主要應用場景:
高性能計算(HPC)
·科學計算:在氣象預報、宇宙模擬等中,HBM 的高帶寬可快速處理大規(guī)模數(shù)據(jù),提升計算效率。
·基因測序:快速處理和分析大規(guī)?;驍?shù)據(jù),加速基因測序和相關研究。
人工智能(AI)
·模型訓練:在 AI 模型訓練中,HBM 的高帶寬和低功耗可高效處理大規(guī)模數(shù)據(jù),提高訓練效率。
·推理應用:在自動駕駛、智能醫(yī)療等場景中,HBM 可快速響應推理請求,保障決策的及時性和準確性。
圖形處理(GPU)
·游戲顯卡:HBM 可提升 GPU 性能,實現(xiàn)更高分辨率和幀率,增強游戲體驗。
·專業(yè)圖形工作站:在 3D 建模、動畫渲染等場景中,HBM 可加速圖形渲染,提高設計效率。
·高速網(wǎng)絡交換機和路由器:HBM 可作為緩存或中間存儲,提供高帶寬的數(shù)據(jù)存儲和轉發(fā)能力,滿足網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包的快速處理需求。
·5G及未來通信技術:在 5G 基站和核心網(wǎng)中,HBM 可高效處理大量數(shù)據(jù),保障網(wǎng)絡性能和用戶體驗。
使用巨霖仿真軟件 SIDesigner 搭建 HBM3 的仿真電路,原理圖如下:
仿真結果如下:
工程師可以對電子系統(tǒng)進行全面的系統(tǒng)性能評估、優(yōu)化系統(tǒng)可靠性及穩(wěn)定性,加速產(chǎn)品研發(fā)、迭代過程。
歡迎從官網(wǎng)申請試用我們的軟件,過程中的任何疑問可聯(lián)系support技術人員,期待與您的交流!
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原文標題:HBM 介紹與仿真應用
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