巨頭領跑，HBM3時代來臨

HBM契合半導體發(fā)展趨勢

作為存儲器市場的重要組成部分，DRAM技術不斷地升級衍生。

DRAM從2D向3D技術發(fā)展，其中HBM是主要代表產(chǎn)品。

HBM（High Bandwidth Memory，高帶寬內(nèi)存）是一款新型的CPU／GPU 內(nèi)存芯片。

其實就是將很多個DDR芯片堆疊在一起后和GPU封裝在一起，實現(xiàn)大容量，高位寬的DDR組合陣列。

通過增加帶寬，擴展內(nèi)存容量，讓更大的模型，更多的參數(shù)留在離核心計算更近的地方，從而減少內(nèi)存和存儲解決方案帶來的延遲。

從技術角度看，HBM使DRAM從傳統(tǒng)2D轉(zhuǎn)變?yōu)榱Ⅲw3D，充分利用空間、縮小面積，契合半導體行業(yè)小型化、集成化的發(fā)展趨勢。

JEDEC發(fā)布HBM3標準，帶寬翻倍覆蓋更多領域

在堆疊層數(shù)方面，新標準不僅支持4－Hi、8－Hi、12－Hi的硅通孔（TSV）堆棧，同時還為16－Hi方案實現(xiàn)做好準備。

每層8—32Gb的容量密度，可輕松支持4GB（8Gb?4－Hi）到64GB（32Gb?16－Hi）容量密度，預計初代產(chǎn)品將基于16Gb存儲層。

為滿足對高平臺層級的可靠性、可用性與可維護性（簡稱RAS）需求，HBM3還支持基于符號的片上ECC、以及實時錯誤報告和透明度。

通過在主機接口端使用低擺幅（0．4V）信號和較低的工作電壓（1．1V），進一步提升能效表現(xiàn)。

人工智能／機器學習、高性能計算、數(shù)據(jù)中心等應用市場興起，催生高帶寬內(nèi)存HBM并推動著其向前走更新迭代。

市場調(diào)研機構(gòu)Omdia預測，2025年HBM市場的總收入將達到25億美元。

巨頭率先抵達HBM3“戰(zhàn)場”

去年10月，SK海力士宣布業(yè)界首次成功開發(fā)現(xiàn)有最佳規(guī)格的HBM3 DRAM。

這是SK海力士去年7月開始批量生產(chǎn)HBM2E DRAM后，時隔僅1年零3個月開發(fā)了HBM3。

SK海力士研發(fā)的HBM3可每秒處理819GB的數(shù)據(jù)，相當于可在一秒內(nèi)傳輸163部全高清電影，與上一代HBM2E相比，速度提高了約78％；

內(nèi)置ECC校檢，可自身修復DRAM單元的數(shù)據(jù)的錯誤，產(chǎn)品可靠性大幅提高。

隨著SK海力士成功開發(fā)HBM3，HBM開始挺進3．0時代，IP廠商亦已先行布局HBM3。

去年2月，三星電子發(fā)布其集成AI處理器新一代芯片HBM－PIM（processing－in－memory）。

可提供最高達1．2TFLOPS的嵌入式計算能力，從而使內(nèi)存芯片本身能夠執(zhí)行通常由CPU、GPU、ASIC或FPGA處理的工作。

HBM－PIM芯片將AI引擎引入每個存儲庫，從而將處理操作轉(zhuǎn)移到HBM本身。

去年7月，AMD正在研發(fā)代號為Genoa的下一代EPYC霄龍服務器處理器，采用Zen4架構(gòu)。

這一處理器將首次配備HBM內(nèi)存，目的是與英特爾下一代服務器CPU Sapphire Rapids競爭。

英特爾和AMD均將在CPU上采用HBM，這也意味著HBM的應用不再局限于顯卡，其在服務器領域的應用將有望更加廣泛。

去年10月，Synopsys宣布推出業(yè)界首個完整的HBM3IP解決方案，包括用于2．5D多芯片封裝系統(tǒng)的控制器、PHY和驗證IP。

Design Ware HBM3控制器與PHYIP基于經(jīng)芯片驗證過的HBM2EIP打造，而HBM3 PHYIP基于5nm制程打造，每個引腳的速率可達7200Mbps，內(nèi)存帶寬最高可提升至921GB／s。

去年8月，美國內(nèi)存IP核供應商Rambus宣布推出其支持HBM3的內(nèi)存接口子系統(tǒng)，內(nèi)含完全集成的PHY和數(shù)字控制器。

數(shù)據(jù)傳輸速率達8．4Gbps，可提供超過1TB／s的帶寬，是HBM2E內(nèi)存子系統(tǒng)的兩倍以上。

去年8月，英特爾在其架構(gòu)日上介紹基于XeHPC微架構(gòu)的全新數(shù)據(jù)中心GPU架構(gòu)Ponte Vecchio。

Ponte Vecchio芯片由幾個以單元顯示的復雜設計構(gòu)成，包括計算單元、Rambo單元、Xe鏈路單元以及包含高速HBM內(nèi)存的基礎單元。

英特爾也將HBM用在其下一代服務器CPU Sapphire Rapids上。

在內(nèi)存方面，除了支持DDR5和英特爾＠傲騰內(nèi)存技術，還提供了一個產(chǎn)品版本，該版本在封裝中集成了HBM技術。

可在HPC、AI、機器學習和內(nèi)存數(shù)據(jù)分析工作負載中普遍存在的密集并行計算中實現(xiàn)高性能。

在 CES 2023 展會上，AMD披露了面向下一代數(shù)據(jù)中心的 APU 加速卡產(chǎn)品 Instinct MI300，是AMD投產(chǎn)的最大芯片。

這 9 顆小芯片采用有源設計，不僅可以在I／O瓦片之間實現(xiàn)通信，還可以實現(xiàn)與HBM3堆棧接口的內(nèi)存控制器之間的通信，從而帶來令人難以置信的數(shù)據(jù)吞吐量。

結(jié)尾：

隨著技術標準化發(fā)展，該技術應用將會進一步擴大，擴展至用于下一代超級計算機和AI應用的HBM3，甚至用于設備上AI的移動存儲器，以及用于數(shù)據(jù)中心的存儲器模塊。

HBM 存儲器對于面向企業(yè)市場和最終消費者的產(chǎn)品來說是一個非常昂貴的選擇。

隨著人工智能和深度學習的不斷發(fā)展，系統(tǒng)已經(jīng)變得對帶寬需求很大。

HBM處于系統(tǒng)和內(nèi)存性能層級的頂端，是包括超級計算機、高性能計算、自動駕駛和機器學習等下一代應用無可爭議的技術推動因素。