AMD的黎明之光！HBM顯存技術(shù)解析
? 從Tahiti架構(gòu)開始，AMD的構(gòu)架更新就很少了。在忍耐了長達(dá)兩個(gè)產(chǎn)品周期的時(shí)間之后，現(xiàn)在AMD終于迎來了一個(gè)機(jī)會(huì)，那就是HBM堆疊顯存。 ? 與以往的技術(shù)進(jìn)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(shí)實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)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(huì)大幅改變GPU邏輯結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，這給亟待機(jī)會(huì)和空間去修改之前種種設(shè)計(jì)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(jī)和希望？在接下來的時(shí)間里，就讓我們一起看看堆疊存儲(chǔ)體系的技術(shù)細(xì)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(diǎn)在于向“空間”要“空間”。前一個(gè)“空間”指的是立體空間，后一個(gè)“空間”則指存儲(chǔ)空間。傳統(tǒng)顯存的存儲(chǔ)模式以平面分布為基礎(chǔ)，所有存儲(chǔ)顆粒均分布于二維平面當(dāng)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(shè)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(jìn)行了空間的延伸，在相同的“占地面積”下，HBM顯存能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)倍于傳統(tǒng)顯存的存儲(chǔ)容量。 ?堆疊內(nèi)存
? 無論內(nèi)存、顯存或者SSD，甚至是手機(jī)/平板電腦的NAND，傳統(tǒng)DRAM體系在提升容量時(shí)都會(huì)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(huì)隨之增大。相對于傳統(tǒng)內(nèi)存，堆疊顯存所做的改進(jìn)在于將若干片DRAM顆粒垂直疊放在一起，這相當(dāng)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?yàn)闃欠繕菍拥拇怪本嚯x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(shí)縮短了許多，溝通更加便利且可以實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的并行化通訊。所以相對于傳統(tǒng)內(nèi)存，堆疊內(nèi)存的聯(lián)線、帶寬以及延遲均擁有很大的優(yōu)勢。?堆疊內(nèi)存結(jié)構(gòu)
? HBM顯存的出現(xiàn)帶來了很多與過去截然不同的存儲(chǔ)模式，它將更多顆粒布置在了更小的面積當(dāng)中，這在提升容量和帶寬的同時(shí)也導(dǎo)致了新的問題，那就是內(nèi)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(nèi)存顆粒和并行存儲(chǔ)鏈路對內(nèi)存控制器提出了極大的挑戰(zhàn)，如果依舊采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，讓全部內(nèi)存顆粒都去對應(yīng)單一且統(tǒng)一的內(nèi)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(nèi)存控制器瓶頸的過程中也引入了一級新的溝通機(jī)制，每一簇HBM顯存顆粒的最底層都擁有獨(dú)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(nèi)存控制器直接溝通，可被用來收集堆疊顆粒當(dāng)中的數(shù)據(jù)、并幫助內(nèi)存控制器對其實(shí)施管理。在HBM顯存體系當(dāng)中，內(nèi)存控制器的規(guī)模不僅不會(huì)放大，甚至還會(huì)出現(xiàn)一定程度的縮減，它只需要面向這些Base Die當(dāng)中的芯片即可，對每簇顆粒當(dāng)中各層DRAM的管理將由Base Die完成。 互聯(lián)的秘密――TSV ? 整個(gè)HBM顯存體系最大的實(shí)踐難點(diǎn)并不是內(nèi)存控制體系的變動(dòng)，而是互聯(lián)問題的解決。堆疊之所以被稱之為“堆疊”，就是因?yàn)槠鋵⑷舾善珼RAM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(jìn)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(gè)互聯(lián)的過程成了困擾堆疊內(nèi)存的最根本問題，直到TSV技術(shù)成熟的之后才得以解決。 ? HBM顯存所采用的TSV技術(shù)本質(zhì)上就是在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下在芯片（硅）上直接垂直通孔，廠商會(huì)采用名為穿透硅的技術(shù)對DRAM顆粒的邊緣或特定位置進(jìn)行穿孔處理，然后以這些孔為通路進(jìn)行布線并完成垂直互聯(lián)。通孔過程看似簡單，但技術(shù)層面的進(jìn)展一直相當(dāng)不順利。無論存儲(chǔ)還是邏輯芯片的結(jié)構(gòu)及加工過程都相當(dāng)復(fù)雜，這注定了芯片本身的脆弱性，想要在不影響芯片強(qiáng)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(gè)的孔洞，這件事兒的具體技術(shù)細(xì)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(fù)雜的垂直互聯(lián)構(gòu)成了堆疊內(nèi)存的“樓梯”
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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(nèi)存顆粒以及Base Die被封裝在PCB上并通過普通線路與運(yùn)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(nèi)存/顯存體系基本上均采用此種形式；如果堆疊內(nèi)存顆粒及Base Die被直接封裝在運(yùn)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(shí)對能耗及延遲十分敏感的場合將會(huì)是這種形式的理想方向。?2.5D/3D封裝堆疊內(nèi)存
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?不同的封裝形式?jīng)Q定了堆疊顯存的應(yīng)用范圍
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由此技術(shù)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(dāng)中，顯存顆粒與GPU芯片是獨(dú)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(nèi)，即便封裝的很近，甚至置于同一個(gè)保護(hù)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(dāng)明確而且重要的機(jī)會(huì)，它讓AMD具備了多個(gè)非常有價(jià)值的突破節(jié)點(diǎn)。整個(gè)市場的格局，AN雙方的競爭態(tài)勢甚至是今后AMD邏輯架構(gòu)的研發(fā)形式都將會(huì)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(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)前GDDR5所能夠提供的帶寬上限，這無疑能夠相當(dāng)直觀地提升AMD下代GPU在應(yīng)對高分辨率以及高解析度材質(zhì)時(shí)的性能表現(xiàn)。HBM顯存還可以在同樣的PCB面積占用量上實(shí)現(xiàn)翻倍甚至數(shù)倍的內(nèi)存容量，而且并不會(huì)因此而導(dǎo)致功耗及發(fā)熱的激增，這將大幅拉低存儲(chǔ)體系的單位成本，同時(shí)減少對PCB面積的依賴。AMD下代旗艦顯卡的“瘦身”，將會(huì)借由HBM顯存的列裝而完成。 ? 除了上述這些經(jīng)由技術(shù)改變所直接導(dǎo)致的機(jī)遇之外，HBM顯存的列裝還帶來了一個(gè)非常有趣而且積極正面的“隱性促進(jìn)”――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(guān)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(shù)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(dāng)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(jìn)，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(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)模式的本質(zhì)變化，我們甚至可以認(rèn)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(yù)見的是，只要抓住這次機(jī)會(huì)，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(gè)顯卡業(yè)界，都將會(huì)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(jī)會(huì)，將我們再次帶回顯卡曾經(jīng)的輝煌歲月。 ?評論 (0)