AMD的黎明之光！HBM顯存技術解析
? 從Tahiti架構開始，AMD的構架更新就很少了。在忍耐了長達兩個產(chǎn)品周期的時間之后，現(xiàn)在AMD終于迎來了一個機會，那就是HBM堆疊顯存。 ? 與以往的技術進步不同，HBM顯存并未直接提升顯存的速度或者改變信號模式，但它卻同時實現(xiàn)了存儲速度的提升、容量的激增以及能耗的大幅降低。除此之外，HBM顯存還會大幅改變GPU邏輯結構的設計，這給亟待機會和空間去修改之前種種設計弊端的AMD帶來了寶貴的施展空間。 ? HBM顯存到底是什么？是什么讓它具備了上述種種優(yōu)勢？又是什么讓它成了AMD的新契機和希望？在接下來的時間里，就讓我們一起看看堆疊存儲體系的技術細節(jié)吧。 ?
何以為“堆疊” ? 與以往的顯存形式不同，HBM顯存的最大特點在于向“空間”要“空間”。前一個“空間”指的是立體空間，后一個“空間”則指存儲空間。傳統(tǒng)顯存的存儲模式以平面分布為基礎，所有存儲顆粒均分布于二維平面當中，除了使用更大容量的單顆顆粒之外，如果要拓展容量就只能占用更多的平面空間（在PCB上敷設更多顆粒并使用更長的連線）。HBM顯存改變了這一傳統(tǒng)，將顆粒集中在一起并向“上”進行了空間的延伸，在相同的“占地面積”下，HBM顯存能夠實現(xiàn)數(shù)倍于傳統(tǒng)顯存的存儲容量。 ?堆疊內存
? 無論內存、顯存或者SSD，甚至是手機/平板電腦的NAND，傳統(tǒng)DRAM體系在提升容量時都會受到來自PCB面積的約束，互聯(lián)線長/帶寬以及通訊延遲也會隨之增大。相對于傳統(tǒng)內存，堆疊顯存所做的改進在于將若干片DRAM顆粒垂直疊放在一起，這相當于使用同樣的PCB面積布置了比過去多數(shù)倍的DRAM顆粒。不僅如此，因為樓房樓層的垂直距離短于平面延伸平房的距離，人與人之間的物理距離也比平房時縮短了許多，溝通更加便利且可以實現(xiàn)更大規(guī)模的并行化通訊。所以相對于傳統(tǒng)內存，堆疊內存的聯(lián)線、帶寬以及延遲均擁有很大的優(yōu)勢。?堆疊內存結構
? HBM顯存的出現(xiàn)帶來了很多與過去截然不同的存儲模式，它將更多顆粒布置在了更小的面積當中，這在提升容量和帶寬的同時也導致了新的問題，那就是內存控制器所面臨的管理層級和管理范圍有了顯著的變化。突然激增的內存顆粒和并行存儲鏈路對內存控制器提出了極大的挑戰(zhàn)，如果依舊采用傳統(tǒng)結構，讓全部內存顆粒都去對應單一且統(tǒng)一的內存控制器的話，GPU芯片可能要做到巴掌大。 為了解決這一問題，HBM顯存在解決內存控制器瓶頸的過程中也引入了一級新的溝通機制，每一簇HBM顯存顆粒的最底層都擁有獨立的Base Die，其上集成了能夠管理整簇堆疊顆粒的芯片，這些芯片將與內存控制器直接溝通，可被用來收集堆疊顆粒當中的數(shù)據(jù)、并幫助內存控制器對其實施管理。在HBM顯存體系當中，內存控制器的規(guī)模不僅不會放大，甚至還會出現(xiàn)一定程度的縮減，它只需要面向這些Base Die當中的芯片即可，對每簇顆粒當中各層DRAM的管理將由Base Die完成。 互聯(lián)的秘密――TSV ? 整個HBM顯存體系最大的實踐難點并不是內存控制體系的變動，而是互聯(lián)問題的解決。堆疊之所以被稱之為“堆疊”，就是因為其將若干片DRAM顆粒摞在一起放置的形式，這種堆疊方式不僅節(jié)約空間，而且能夠帶來更短的顆粒間距進而縮短信號傳輸路徑及延遲，但這些顆粒不是光放在一起就能解決問題的，你還必須想辦法把它們連起來才行。這個互聯(lián)的過程成了困擾堆疊內存的最根本問題，直到TSV技術成熟的之后才得以解決。 ? HBM顯存所采用的TSV技術本質上就是在保證結構強度的前提下在芯片（硅）上直接垂直通孔，廠商會采用名為穿透硅的技術對DRAM顆粒的邊緣或特定位置進行穿孔處理，然后以這些孔為通路進行布線并完成垂直互聯(lián)。通孔過程看似簡單，但技術層面的進展一直相當不順利。無論存儲還是邏輯芯片的結構及加工過程都相當復雜，這注定了芯片本身的脆弱性，想要在不影響芯片強度以及完整性的前提下在一塊DRAM顆粒上打洞，而且是不止一個的孔洞，這件事兒的具體技術細節(jié)根本無需討論，光是想想就已經(jīng)很難了。這種垂直互聯(lián)不僅距離更短而且延遲更低，這是HBM顯存的一大優(yōu)勢。?復雜的垂直互聯(lián)構成了堆疊內存的“樓梯”
?
豐儉由人 ? 視堆疊方式及位置的不同，HBM顯存體系可以被分為2.5D和3D兩種存在形式。如果堆疊內存顆粒以及Base Die被封裝在PCB上并通過普通線路與運算核心完成水平互聯(lián)，這種封裝模式就是2.5D，我們即將見到的堆疊內存/顯存體系基本上均采用此種形式；如果堆疊內存顆粒及Base Die被直接封裝在運算核心上層并通過TSV與核心直接垂直互聯(lián)，這種封裝模式就是3D，SoC等需要更高集成度，同時對能耗及延遲十分敏感的場合將會是這種形式的理想方向。?2.5D/3D封裝堆疊內存
?
?不同的封裝形式?jīng)Q定了堆疊顯存的應用范圍
?
由此技術特征可知，2.5D封裝是一種將堆疊顯存顆粒置于PCB上的水平封裝形式，在2.5D封裝形式當中，顯存顆粒與GPU芯片是獨立且平行存在的。采用2.5D封裝形式的HBM顯存不可能與GPU封裝在同一枚芯片內，即便封裝的很近，甚至置于同一個保護蓋下，兩者也不可能融合成同一枚芯片。AMD所選擇的，正是這種封裝形式。 AMD的黎明之光 ? 部署HBM顯存對于AMD而言是相當明確而且重要的機會，它讓AMD具備了多個非常有價值的突破節(jié)點。整個市場的格局，AN雙方的競爭態(tài)勢甚至是今后AMD邏輯架構的研發(fā)形式都將會因此而發(fā)生深刻的改變。 首先，在最直管的層面上，HBM顯存能夠帶來遠遠超過當前GDDR5所能夠提供的帶寬上限，這無疑能夠相當直觀地提升AMD下代GPU在應對高分辨率以及高解析度材質時的性能表現(xiàn)。HBM顯存還可以在同樣的PCB面積占用量上實現(xiàn)翻倍甚至數(shù)倍的內存容量，而且并不會因此而導致功耗及發(fā)熱的激增，這將大幅拉低存儲體系的單位成本，同時減少對PCB面積的依賴。AMD下代旗艦顯卡的“瘦身”，將會借由HBM顯存的列裝而完成。 ? 除了上述這些經(jīng)由技術改變所直接導致的機遇之外，HBM顯存的列裝還帶來了一個非常有趣而且積極正面的“隱性促進”――它再次喚醒了很多已經(jīng)淡出顯卡圈的玩家們的熱情和關注。全新的顯存形式可以說是近三年來最容易被人理解的重大技術革新，單純從營造新鮮感和沖擊感的角度來講，HBM顯存無疑是相當出色的，它所帶來的提升直觀而且貼近公眾最容易理解的部分，即便它最終沒有為AMD帶來足夠顛覆性的前進，光是再次喚醒大家對顯卡的熱情就夠了。?新的革命，將從這里開始
HBM顯存是一次顯卡的重要革命，在經(jīng)歷了多年單純的速度/頻率/信號傳輸模式發(fā)展之后，顯存終于從2維走向了3維空間，實現(xiàn)了存儲模式的本質變化，我們甚至可以認為HBM顯存是顯存體系發(fā)展史上的“第一次直立行走”?？梢灶A見的是，只要抓住這次機會，充分利用HBM顯存所帶來的各種有利要素，AMD肯定可以為自己的未來打開一扇明亮的大門。甚至整個顯卡業(yè)界，都將會因此而迎來嶄新的局面。我們衷心希望AMD能夠充分利用這次機會，將我們再次帶回顯卡曾經(jīng)的輝煌歲月。 ?評論 (0)