AMD o pamětech HBM: rychlejší, úspornější, menší
19.5.2015, Jan Vítek, aktualita
Společnost AMD se rozhodla více nás informovat o pamětech typu HBM, které budou hrát hlavní roli v nové generaci Radeonů s čipy Fiji. Podívejme se tedy, co nového se dozvíme o tomto velmi rychlém typu pamětí.
Moderní grafické karty stále více bojují s tím, aby zajistily dostatečnou paměťovou propustnost, na níž jsou stále vyšší nároky s nástupem monitorů s vyšším rozlišením. AMD počítá s tím, aby nejlepší karty jeho nové generace mohly být využity i pro hraní v rozlišení 4K, a to mají zajistit právě také paměti HBM. Právě jich se týkala prezentace firmy AMD, která odhaluje další skutečnosti o jejich nasazení.
Aktuální karty využívají paměti GDDR5, které nyní pracují na maximální frekvenci 7 GHz. Chystají se také 8GHz, ale ty už budou na hranici technologie a především oproti HBM nepřinesou velký pokrok. Výsledná paměťová propustnost je daná ještě šířkou paměťové sběrnice. AMD u svých Radeonů R9 290X využívá 512bitovou sběrnici, kvůli jejímž dopadům na architekturu GPU se ale jeho karty musí spokojit jen s 5GHz paměťmi GDDR5.
NVIDIA šla střední cestou a u nejmodernějších TITAN X využívá 384bitovou sběrnici, což jí umožní nasadit 7GHz moduly GDDR5, ovšem ve výsledku je propustnost těchto karet srovnatelná (320 vs. 336 GB/s), i když čipy NVIDIA Maxwell díky kompresním technikám ji využívají efektivněji. Provozování pamětí GDDR5 na vyšších frekvencích ale vyžaduje podstatně zvýšené napájení, což logicky prudce zvyšuje jejich spotřebu, přičemž už dnes si vezmou i 40 W, z nichž by část mohla být využita pro GPU. Nadále prosazovat GDDR5 pro hi-end tedy není dobré řešení a zde právě nastupují HBM.
Paměti HBM totiž slibují velmi vysokou propustnost při nižší spotřebě v porovnání s GDDR5, nebudou na kartě zabírat tolik místa a mohou značně zjednodušit návrh tištěného spoje, protože budou s GPU propojeny pomocí vlastní křemíkové destičky (na obrázcích jako interposer), která tedy bude působit jako prostředník mezi GPU/HBM a PCB. V rámci pamětí HBM jsou využity vrstvy čipů DRAM, které tak nemusí být posázeny po jednom kolem grafického čipu a mohou k němu být blíže. A to, že jsou blízko něj (signálové cesty jsou kratší), umožňuje značně rozšířit paměťovou sběrnici (Fiji XT má mít 4096bitovou), díky níž se dosáhne velmi vysoké propustnosti i s relativně pomalými paměťmi.
Tajemství pamětí HBM tedy tkví v tom, že mohou využít velmi širokou paměťovou sběrnici. Jejich první generace se bude skládat ze čtyř navrstvených čipů DRAM, které jsou propojeny pomocí TSV (Through-Silicon Via), čili vertikálních spojů. Skrz jeden čip jde 256 takových spojů, takže celkem jich je v jednom HBM modulu 1024. Každá TSV pak dokáže za sekundu přenést 1 Gb, takže když si trošku zanásobíme, dostaneme teoreticky 1024 Gb/s, čili 128 GB/s na jeden čtyřvrstvý HBM modul. To můžeme srovnat s čipy GDDR5, které mají pouze 32bitovou sběrnici a dosahují propustnosti jen 28 GB/s. Srovnání také ukazuje, že paměti HBM mohou navíc pracovat při napětí jen 1,3 V, zatímco GDDR5 při 1,5 V, takže je tu i výhoda v nižší spotřebě.
Paměti GDDR5 tedy využívají spoje přímo v PCB a kombinují své 32bitové sběrnice, aby dosáhly kýžené propustnosti. Paměti HBM namísto toho využití specializovaný interposer, který může nést tisíce spojů širokého rozhraní. Dle AMD pak paměti HBM a jejich systém spojů zabírají na PCB mnohem méně místa, a to i desetkrát, přičemž prudce stoupá efektivita vyjádřená poměrem objemu přenesených dat na watt energie. U pamětí GDDR5 je to 10 GB na watt, zatímco u HBM to je 35 GB. Ušetřená energie pak může jít do GPU, čímž dostaneme více výkonu.
To vše tedy vypadá velmi dobře, ale samozřejmě tu musí být i nějaký problém. Dle AMD je realizace celého systému s paměťmi HBM velmi složitá, a to mnohem více než už tak složitý paměťový systém s GDDR5. To je logické, však tu máme tisíce spojů paměťového rozhraní, zatímco GDDR5 využívají nejvýše 512. AMD na paměťovém systému pro HBM prý pracovalo celých sedm let, a to především ve spolupráci s firmou Hynix. V AMD ale doufají, že jim to poskytne potřebný náskok před NVIDIÍ, která se chystá využít až HBM2 v příštím roce a také před lety bylo AMD první, kdo u grafik nasadil GDDR5. HBM navíc nemusí být využity pouze s GPU a pro taková APU by rychlé a úsporné paměti byly přímo požehnáním.
Otázka ale je, zda se vůbec objeví 8GB verze karet s čipy Fiji XT, které by mohly zaútočit na TITAN X s 12 GB. První generace HBM využívá dle firmy Hynix 256MB čipy DRAM, takže v modulu po čtyřech nabídnou kapacitu 1 GB, přičemž se počítá s nasazením čtyř takových modulů. Je tak téměř jisté, že na trhu budou Fiji XT se 4 GB paměti a i když se o 8GB modelech šušká, není jisté, zda se objeví. Však by bylo nutné využít 512MB DRAM v modulech HBM a nelze pouze zdvojnásobit jejich počet, neboť tím by se zdvojnásobila i šířka sběrnice.
Joe Macri z firmy AMD na přímý dotaz na to, zda bude 4GB paměť stačit, odpověděl jednoduše. Prý je nutné herní vývojáře přimět k tomu, aby optimalizovali své hry na karty s rozumným objemem paměti. Nicméně další generace čipů HBM má krom vyšší propustnosti přinést i vyšší kapacitu.
Zdroj: Hexus.net
Aktuální karty využívají paměti GDDR5, které nyní pracují na maximální frekvenci 7 GHz. Chystají se také 8GHz, ale ty už budou na hranici technologie a především oproti HBM nepřinesou velký pokrok. Výsledná paměťová propustnost je daná ještě šířkou paměťové sběrnice. AMD u svých Radeonů R9 290X využívá 512bitovou sběrnici, kvůli jejímž dopadům na architekturu GPU se ale jeho karty musí spokojit jen s 5GHz paměťmi GDDR5.
NVIDIA šla střední cestou a u nejmodernějších TITAN X využívá 384bitovou sběrnici, což jí umožní nasadit 7GHz moduly GDDR5, ovšem ve výsledku je propustnost těchto karet srovnatelná (320 vs. 336 GB/s), i když čipy NVIDIA Maxwell díky kompresním technikám ji využívají efektivněji. Provozování pamětí GDDR5 na vyšších frekvencích ale vyžaduje podstatně zvýšené napájení, což logicky prudce zvyšuje jejich spotřebu, přičemž už dnes si vezmou i 40 W, z nichž by část mohla být využita pro GPU. Nadále prosazovat GDDR5 pro hi-end tedy není dobré řešení a zde právě nastupují HBM.
Paměti HBM totiž slibují velmi vysokou propustnost při nižší spotřebě v porovnání s GDDR5, nebudou na kartě zabírat tolik místa a mohou značně zjednodušit návrh tištěného spoje, protože budou s GPU propojeny pomocí vlastní křemíkové destičky (na obrázcích jako interposer), která tedy bude působit jako prostředník mezi GPU/HBM a PCB. V rámci pamětí HBM jsou využity vrstvy čipů DRAM, které tak nemusí být posázeny po jednom kolem grafického čipu a mohou k němu být blíže. A to, že jsou blízko něj (signálové cesty jsou kratší), umožňuje značně rozšířit paměťovou sběrnici (Fiji XT má mít 4096bitovou), díky níž se dosáhne velmi vysoké propustnosti i s relativně pomalými paměťmi.
Tajemství pamětí HBM tedy tkví v tom, že mohou využít velmi širokou paměťovou sběrnici. Jejich první generace se bude skládat ze čtyř navrstvených čipů DRAM, které jsou propojeny pomocí TSV (Through-Silicon Via), čili vertikálních spojů. Skrz jeden čip jde 256 takových spojů, takže celkem jich je v jednom HBM modulu 1024. Každá TSV pak dokáže za sekundu přenést 1 Gb, takže když si trošku zanásobíme, dostaneme teoreticky 1024 Gb/s, čili 128 GB/s na jeden čtyřvrstvý HBM modul. To můžeme srovnat s čipy GDDR5, které mají pouze 32bitovou sběrnici a dosahují propustnosti jen 28 GB/s. Srovnání také ukazuje, že paměti HBM mohou navíc pracovat při napětí jen 1,3 V, zatímco GDDR5 při 1,5 V, takže je tu i výhoda v nižší spotřebě.
Paměti GDDR5 tedy využívají spoje přímo v PCB a kombinují své 32bitové sběrnice, aby dosáhly kýžené propustnosti. Paměti HBM namísto toho využití specializovaný interposer, který může nést tisíce spojů širokého rozhraní. Dle AMD pak paměti HBM a jejich systém spojů zabírají na PCB mnohem méně místa, a to i desetkrát, přičemž prudce stoupá efektivita vyjádřená poměrem objemu přenesených dat na watt energie. U pamětí GDDR5 je to 10 GB na watt, zatímco u HBM to je 35 GB. Ušetřená energie pak může jít do GPU, čímž dostaneme více výkonu.
To vše tedy vypadá velmi dobře, ale samozřejmě tu musí být i nějaký problém. Dle AMD je realizace celého systému s paměťmi HBM velmi složitá, a to mnohem více než už tak složitý paměťový systém s GDDR5. To je logické, však tu máme tisíce spojů paměťového rozhraní, zatímco GDDR5 využívají nejvýše 512. AMD na paměťovém systému pro HBM prý pracovalo celých sedm let, a to především ve spolupráci s firmou Hynix. V AMD ale doufají, že jim to poskytne potřebný náskok před NVIDIÍ, která se chystá využít až HBM2 v příštím roce a také před lety bylo AMD první, kdo u grafik nasadil GDDR5. HBM navíc nemusí být využity pouze s GPU a pro taková APU by rychlé a úsporné paměti byly přímo požehnáním.
Otázka ale je, zda se vůbec objeví 8GB verze karet s čipy Fiji XT, které by mohly zaútočit na TITAN X s 12 GB. První generace HBM využívá dle firmy Hynix 256MB čipy DRAM, takže v modulu po čtyřech nabídnou kapacitu 1 GB, přičemž se počítá s nasazením čtyř takových modulů. Je tak téměř jisté, že na trhu budou Fiji XT se 4 GB paměti a i když se o 8GB modelech šušká, není jisté, zda se objeví. Však by bylo nutné využít 512MB DRAM v modulech HBM a nelze pouze zdvojnásobit jejich počet, neboť tím by se zdvojnásobila i šířka sběrnice.
Joe Macri z firmy AMD na přímý dotaz na to, zda bude 4GB paměť stačit, odpověděl jednoduše. Prý je nutné herní vývojáře přimět k tomu, aby optimalizovali své hry na karty s rozumným objemem paměti. Nicméně další generace čipů HBM má krom vyšší propustnosti přinést i vyšší kapacitu.
Zdroj: Hexus.net
