High Bandwidth Memory

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High Bandwidth Memory (kurz: HBM) (deutsch Speicher mit hoher Bandbreite) ist eine von AMD zusammen mit SK Hynix entwickelte Speicherschnittstelle, um in einem Computer den Arbeitsspeicher mit hoher Übertragungsrate an einen Grafik- oder Hauptprozessor anzubinden.

Technik[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Schnitt durch eine Grafikkarte mit High Bandwidth Memory: Jeder HBM-Stapel ist über 1024 Leitungen mit dem HBM-Kontroller verbunden, der sich in der GPU befindet.
Typ Release Takt
(GHz)
pro Stack (max. 4 Stacks)
Kapazität
(230 Byte)
Datenrate
(GByte/s)
HBM 1 Okt. 2013 0,5 0004 0128
HBM 2 Jan. 2016 1,0...1,2 0008 0256...307
HBM 2E Aug. 2019 1,8 0016 0460

HBM 1[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

HBM 1 wurde im Oktober 2013 von der JEDEC als US-Industrie-Standard angenommen.[1]

HBM ist eine CPU/GPU-Speicherschnittstelle, die es erlaubt, Dies vertikal zu stapeln. In der derzeitigen Ausbaustufe sind das 4 DRAM-Module zu je 1 GB. Diese Stapel stellen durch einen sogenannten „Interposer“ eine schnellere Verbindung zur CPU oder GPU her, als der bisher als Standard verbaute GDDR5-Speicher. Die Busbreite ist hierbei 1024 Datenleitungen pro Stapel, insgesamt bei vier Stapeln also 4096 Bit. Der Speicher ist mit 500 MHz getaktet, Daten werden bei steigender und fallender Flanke übertragen (DDR). Aufgrund der großen Busbreite erreicht der Datendurchsatz ein halbes Terabyte pro Sekunde.[2] Bis zu vier dieser HBM-Stapel werden zusammen mit einer CPU oder GPU auf den Interposer gebumpt und diese Einheit mit einer Platine verbunden.

Obwohl diese HBM-Stapel nicht physisch in die CPU oder GPU integriert sind, sind sie dort über den Interposer mit extrem kurzen Leitungswegen schnell angebunden, so dass sich die Eigenschaften des HBM kaum von auf dem Chip integriertem RAM unterscheiden.

HBM-Speicher weist zudem eine geringere Leistungsaufnahme als GDDR5 auf. AMD gibt an, dass HBM mehr als die dreifache Speicherbandbreite pro Watt bietet.

Dimensionen vom HBM 1[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

HBM benötigt deutlich weniger Platinenfläche als GDDR5, was vorteilhaft für den Bau von Notebooks oder Tablets mit hoher Grafikleistung sein kann.[3] Die sehr enge Positionierung am Grafikprozessor erlaubt ferner, Grafikchip und RAM mit einem einzigen, relativ kleinen Kühlkörper zu überdecken.

HBM 2[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Am 12. Januar 2016 wurde HBM 2 als JESD235a von der JEDEC angenommen.[4]

HBM 2 erlaubt es, bis zu 8 Dies aufeinander zu stapeln, und verdoppelt den Speicherdurchsatz auf bis zu 100 GB/s pro Die-Stapel. Die Größe der Stapelspeicher kann zwischen 1 und 8 GiB liegen, womit ein maximaler Ausbau auf 32 GiB möglich wird. Sowohl SK Hynix als auch Samsung haben 4GiB-Stapel auf den Markt gebracht.

Verwendung findet HBM2 seit 2016 in Nvidia Tesla- und seit 2017 in Nvidia Quadro-Grafikkarten, seit Mitte 2017 in der AMD-Radeon-Vega-Serie.

HBM 2E[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Vorgestellt am 13. August 2019 verdoppelt sich die max. Kapazität pro Stapel, die Datenrate erhöht sich um 50 Prozent.[5]

Geschichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

AMD-Fiji-Grafikprozessor: Das Package Substrate trägt mehrere kleine SMDs sowie den Silizium-Interposer. Auf diesem befindet sich die Fiji-GPU sowie 4 HBM-Stapel.

Die Entwicklung von HBM begann im Jahr 2008 bei AMD. Version 1 wurde offiziell im Jahr 2013 von der JEDEC verabschiedet, Version 2 im Jahr 2016.

Erstmals verbaut wurde HBM 1 auf den Grafikkarten Radeon R9 Fury, Radeon R9 Fury X[6] und der Radeon R9 Fury Nano der AMD-Radeon-R300-Serie.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. JESD235: High Bandwidth Memory. 12. Oktober 2015.
  2. Christof Windeck: AMD Radeon R9 Fury X dank HBM-Speicher mit 512 GByte/s. Heise Verlag, 16. Juni 2015, abgerufen am 14. Januar 2016.
  3. First Radeon with High Bandwidth Memory will launch at E3 on June 16th. In: Digital Trends. 2. Juni 2015 (digitaltrends.com [abgerufen am 23. August 2017]).
  4. JESD235a: High Bandwidth Memory 2. 12. Januar 2016.
  5. Mark Mantel: HBM2E-Stapelspeicher: Hohe Transferraten und Kapazität für GPUs und FPGAs. In: heise online. 13. August 2019, abgerufen am 14. August 2019.
  6. http://www.grafikkarten-bewertung.de/produkt/sapphire-r9-fury-4gb-hbm-4096-bit-pci-e-hdmi-tripl/. Abgerufen am 5. November 2016.