A GDDR5 már több GPU-generáció óta velünk van, és a gyártók mind a mai napig trükköznek, hogy elegendő sávszélességet biztosítsanak a grafikus processzoroknak. Márpedig a masszívan párhuzamosított végrehajtáshoz végtelen memória-sávszélesség sem elegendő. Az NVIDIA újabb tömörítéseket dolgoz ki és az órajeleket emeli, az AMD próbálja izomból megoldani a kérdést 512 bit széles kapcsolattal, de egyik sem tökéletes megoldás, így az alrendszer már rengeteget fogyaszt és még csak olcsónak sem mondható. Az AMD éppen ezért már jó ideje egy teljesen új megoldáson dolgozik, amely talán megoldást jelenthet a problémára, méghozzá nem evolúciós, hanem forradalmi megoldást azzal, hogy sokszorosára növeli a sávszélességet.
HBM
A varázsszó a HBM, vagyis High-Bandwidth Memory – nagy sávszélességű memória. Nem különösebben elvarázsolt vagy szakmai, igaz? Szerencsére azért nem csak marketinget próbálnak lenyomni a torkunkon. Az AMD a Hynix-szal szövetkezett, hogy kifejlessze a HBM technológiát, és már 2011-ben elkezdték a munkálatokat. Az évek során többször kaptunk kisebb hírmorzsákat a technológia fejlesztésének előrehaladtáról, de a legtöbbet a nemrég megtartott Financial Analyst Day-en tudtuk meg. A 7 éves GDDR5 szabványt először a chipbe integrált DRAM-mal gondolták megoldani, ám ez drága és pazarló, így elvetették az ötletet. A lényeg adott volt: közelebb kell hozni a GPU-hoz a VRAM-ot. A megoldás végül a tokba ültetett DRAM lett, ahol sikerült megoldani azt is, hogy a GPU lapkája és a DRAM között extrém széles adatbuszt lehessen kihúzni. A megoldás az interposer réteg lett, melynek kifejlesztésében segített az UMC, az Amkor és az ASE is. A párszáz mikronnyi vastag réteg lehetővé tette, hogy a DRAM és a GPU nagyon közel kerüljenek egymáshoz és széles sávon kapcsolódjanak. A hátrány mindössze annyi, hogy az interposer gyártása költséges, ezért az AMD egy régebbi gyártósort választott. Az első HBM chipekhez készített interposerek így 65 nm-es gyártósorokon készülnek majd.
A DRAM-felépítést megújítják, ahol a lapkák felhőkarcoló-mintájára egymásra rétegződnek és egymás közt széles buszon kapcsolódnak. A legalsó egy logikai vezérlőréteg, amely az interposerhez kapcsolódik. A gyakorlatban az első, végleges HBM-ben a DRAM chipek 4 darab, egyenként 1024 bit széles lapkát rétegeznek, így a GPU-hoz 4096 bit széles buszon kapcsolódnak a memóriachipek. A jelenlegi HBM-szabvány maximálisan 8 rétegű DRAM chipeket támogat, de az első megvalósítások várhatóan 4 lapkával dolgoznak majd. Adódik a jogos kérdés, hogy a GDDR5-höz képest mit kapunk. Az órajel is fontos kérdés, és ebben nagyon messzire ment a GDDR5. Az effektív 7 GHz helyett a HBM DRAM effektív 1 GHz-en dolgozik, ami jelentős különbség (500 MHz valós). A rétegzett megoldással és 4096 bit széles busszal azonban 3-4-szeresére nő a sávszélesség. Míg a 32 bites GDDR5-nél 28 GB/s-ra számíthatunk, addig a HBM-nél 100 GB/s feletti sávszélességet kapunk. Mindehhez még egy nagyon fontos tényező tartozik: a HBM-nél 1,5 helyett 1,3 Voltra van szükség, vagyis a fogyasztás is csökken.
És ez még csak az első generáció a HBM-nél. A 3-4x-es sávszélesség mellett a méretet és a fogyasztást is jelentősen lehet csökkenteni az új megoldással: GDDR5 esetén 1 GB tárhelyhez manapság 28×24 mm-re van szükség, HBM-nél viszont 5×7 mm is elegendő – ez 19× kisebb, ami különösen mobil felhasználásnál jelent majd komoly előnyt.
Eddig problémáról, gondokról nem is szóltunk, pedig van az is. A gyártást sikerült beindítani, ez jó hír, de az még mind a mai napig nagy kérdés, hogy az extra kicsi helyre összesűrített áramköröket miként lehet majd effektíven hűteni. A GPU-k már eddig is rengeteg hőt termeltek, a HBM-mel azonban mindez jelentősen tovább nő és órajel-csökkentéssel sem jó ötlet a hőtermelést leszorítani, mert így végül gyenge VGA kártyát kapunk. Az egyensúlyt megtalálni nem lesz egyszerű feladat. Kérdés még az óriási memória-sávszélesség optimális kihasználása is: a jelenlegi felépítésű GPU-k ezt nem tudnák hatékonyan kihasználni, ezért teljesen már súlyozású microarchitektúra szükséges, amelynél a sávszélesség-igényt feltornázzák a HBM szintjére.
A végére még egy fontos információt tartogatunk: az AMD várhatóan első lesz a HBM-alapú VGA piacra dobásában, ahogy az anno a GDDR5-nél is történt, de ez nem jelenti azt, hogy az NVIDIA-nak szervezni kéne a temetését: A HBM JEDEC-szabvány, így természetesen a GeForce-ok világában is lehet számítani a HBM megjelenésére.
