面向图形、网络和HPC的下一代内存技术

在这个革命性技术的时代，内存在任何需要高速处理的应用中都起着至关重要的作用。高分辨率图形需要高速和高带宽图形内存，因此需要快速采用下一代内存技术高带宽内存（HBM）。HBM 正在进入领先的图形、网络、HPC（高性能计算）和人工智能系统;例如，视频信号解码器、全自动驾驶汽车、神经网络设计以及其他需要低功耗和大带宽的高级应用。我们之前的内存博客 – 下一代内存技术：准备好迎接验证挑战了吗？，讨论了跨应用的几种下一代内存技术。本博客将回顾 HBM 的详细信息，HBM 是用于图形、网络和 HPC 的下一代内存技术。

在过去的十年中，GDDR5已成为行业标准，并在所有面向图形的技术中占据重要地位。GDDR5 专注于使用更多功率来实现更高的时钟速度。GDDR5 芯片以单层形式直接连接到显卡，这意味着添加更多内存涉及在显卡上水平展开。因此，功耗和外形尺寸一直是主要问题。HBM 已成为打破所有加工瓶颈的替代方案。

HBM： 面向图形的内存技术的未来

HBM 是一种 3D DRAM 技术，可堆叠多达 2 个 DRAM 芯片，这些芯片通过 TSV（硅通孔）和微凸块互连。它通过分布式接口与主机计算芯片紧密耦合。接口分为完全独立的通道，不一定彼此同步。HBM DRAM 使用宽接口架构来实现高速、低功耗运行。HBM 现已升级到 HBM2，每个堆栈最多可容纳 <> 个芯片，引脚传输速率翻倍至 <>GT/s，适用于性能敏感的消费类应用。

主要特点

与任何其他 DRAM 一样，HBM 内存由主机内存控制器的命令控制。它提供了两个独立的行和列命令接口，允许激活/预充电与读/写并行发出，因此这简化了控制器操作并提高了效率。它一次处理 128 位数据，支持 2n 个预取架构，每个内存读写访问 256 位。

HBM2 的关键增强功能之一是其伪通道模式，它将一个通道分成两个单独的子通道，每个子通道 64 位 I/O。这些通道是半独立的。在传统模式下，每个页面的大小为 2KB，但在伪通道模式下，它只有 1KB。页面大小越大，打开页面所需的电量就越大。由于伪通道页面的大小只有其一半，因此还需要大约一半的电流。这些伪通道半独立运行，它们共享通道的行和列命令总线以及 CK 和 CKE 输入，但单独解码和执行命令。它们还共享设备模式寄存器。

HBM 还具有温度传感器，控制器可以读取该传感器以调整其刷新率。它支持温度补偿自刷新。RAS（可靠性、可用性和灵敏度）功能包括对用于数据纠错和列/行地址/数据奇偶校验的 ECC（纠错码）的支持。HBM 的另一个吸引人的特点是 用于 IEEE-1500 访问的 JTAG 连接， AWORD 和 DWORD 训练， 通道修复， 边界扫描和环回测试模式.这些内置的自检 （BIST） 和内置的自修复 （BISR） 功能使 HBM 成为最复杂的动态 RAM 之一。这些测试功能用于组装系统级封装（SiP）的最后测试步骤。

总而言之，HBM 是性能、功耗和外形受限系统的突破性内存解决方案，提供高带宽、低有效功耗和小尺寸。与将 DRAM 芯片尽可能靠近电路板放置的传统内存设置不同，HBM 将一堆 RAM 芯片堆叠在一起。

审核编辑：郭婷