Schede Grafiche

Memoria HBM vs GDDR5: AMD spiega le differenze

Le nuove schede video Radeon stanno arrivando e, almeno nella fascia alta, apriranno una nuova era, quella della memoria HBM, acronimo di High Bandwidth Memory. Di questa innovazione, che va a soppiantare le classiche memorie GDDR (attualmente siamo alle GDDR5), ci ha parlato Joe Macri, direttore tecnologico di AMD.

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La memoria HBM non nasce dall'oggi al domani, ma è frutto di un lavoro di sviluppo lungo non uno, non due ma sette anni. AMD si è resa conto che le GDDR5 avrebbero presto vanificato ogni miglioramento dal punto di vista architetturale. Le attuali memorie stanno per diventare inefficienti, ossia consumano più dell'aumento prestazionale che sono in grado di garantire.

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Un altro aspetto negativo è che i chip non possono essere resi più piccoli e sono necessari troppi componenti per raggiungere un bandwidth elevato. Inoltre lo spazio occupato dalle interfacce (bus) GDDR5 è eccessivo e c'è una crescente richiesta di nuovi regolatori di tensione più grandi. "Tutto questo determina l'attuale dimensione dei prodotti ad alte prestazioni", ha affermato Joe Macri.

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Così AMD si è fermata, e ha determinato che la memoria DRAM non s'integrava bene nei chip dal punto di vista delle dimensioni e dei costi. Al tempo stesso c'era la necessità di integrare la DRAM per ragioni prestazionali, di consumo e form factor. Cosa fare? La soluzione a tutto questo ha preso il nome di interposer.

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Si tratta di un "livello" che serve a portare la DRAM il più possibile vicino al die logico, ad offrire bus estremamente ampi e a migliorare altri aspetti, tra cui i consumi. L'interposer è frutto di un lavoro congiunto tra AMD e altri partner tra cui ASE, Amkor e UMC, che hanno dato il loro contributo affinché si arrivasse alla produzione in volumi elevati.

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Ed ecco che sopra l'interposer – un componente totalmente passivo, senza transistor attivi, che funge da passaggio per le interconnessioni elettriche – abbiamo non solo la GPU, ma anche un nuovo tipo di memoria, l'HBM. 

Le specifiche di questa memoria e i prototipi sono nati dalla collaborazione tra AMD e SK Hynix. Si tratta di più die DRAM sovrapposti l'uno sull'altro, interconnessi tra loro mediante "through-silicon vias" (TSVs) e "μbumps", che connettono un chip DRAM a quello successivo. Ogni stack di memoria HBM è composto da cinque livelli, quattro die di archiviazione e un die logico che controlla il tutto.

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Sono molte le differenze con la GDDR5. Per iniziare l'ampiezza del bus non è 32 bit. Ogni die DRAM nello stack comunica con l'esterno tramite due canali a 128 bit. Ogni stack, poi ha un'interfaccia a 1024 bit. La frequenza della HBM può arrivare fino a 500 MHz (1 Gbps) e il bandwidth supera i 100 GB/s per stack.

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Minore la tensione operativa, solo 1,3 volt. Stando a quanto affermato da Joe Macri, HBM e interposer offrono molto più bandwidth rispetto alle GDDR5 ma con consumi inferiori di oltre il 50%. In pratica HBM offrirà oltre 35 GB/s di bandwidth per watt consumato, mentre la GDDR5 si ferma a poco più di 10 GB/s.

Tutto molto bello, ma c'è un neo: con la prima generazione di memoria HBM la capacità totale per GPU non potrà superare i 4 GB. Vedremo se questo impatterà in qualche modo sulle prestazioni delle future schede video.

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Ad ogni modo è impressionante osservare la differenza di dimensioni tra 1 GB di GDDR5 (24 x 28 mm, 672 mm2) e 1 GB di HBM (5 x 7 mm, 35 mm2). Il 94% in meno o una superficie 19 volte minore per offrire la stessa quantità di DRAM.

AMD ci ha anche svelato qualcosa sulle future schede, affermando che mentre l'impatto sul PCB di una GPU R9 290X (Hawaii) e relativa DRAM è di 9900 mm2, il prossimo ASIC con memoria HBM occuperà meno di 4900 mm2. È quindi lecito aspettarsi prodotti più compatti nei prossimi mesi.

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Questo tipo di memoria, che in futuro sarà adottata anche da Nvidia (con l'architettura Pascal), potrebbe conferire un importante vantaggio ad AMD nel breve termine. Potrebbe, al momento non lo sappiamo per certo. La sicurezza è che si tratterà dello standard che ci accompagnerà negli anni a venire, quindi è una novità entusiasmante. E come spesso avvenuto in passato, AMD farà da apripista.

Leggi anche: High Bandwidth Memory per le schede video del futuro: foto e informazioni

Siamo molto curiosi di vedere oltre alle prestazioni dei prodotti con memoria HBM anche le loro dimensioni. AMD ha parlato molto di form factor compatti e questo avrà sicuramente ripercussioni anche nel settore mobile e nello sviluppo delle future APU. Inoltre rimaniamo in attesa di saperne di più sul raffreddamento.

Secondo Macri l'altezza dello stack DRAM e della GPU è quasi esattamente la stessa e ciò consentirà di usare lo stesso heatsink e la medesima interfaccia termica (TIM) per raffreddare sia la GPU che la memoria. Insomma, c'è da essere ottimisti, anzi bisogna esserlo necessariamente viste le premesse. Tra poche settimane vedremo le nuove schede all'opera e avremo il quadro completo.