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HBM4將是未來市場上最先進(jìn)的存儲器。
HBM技術(shù)是一種基于3D堆疊工藝的高性能DRAM，它可以為高性能計算、人工智能、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域提供高帶寬、高容量、低延遲和低功耗的存儲解決方案。本文將介紹HBM技術(shù)的原理、優(yōu)勢、應(yīng)用和發(fā)展趨勢。
01.?HBM技術(shù)原理： 3D堆疊實現(xiàn)高密度存儲
HBM技術(shù)是一種將多層DRAM芯片通過硅通孔（TSV）和微型凸點(diǎn)（uBump）連接在一起，形成一個存儲堆棧（stack），然后將多個堆棧與邏輯芯片（如GPU或CPU）通過硅中介層（interposer）封裝在一起的技術(shù)。HBM技術(shù)的原理示意圖如下：
HBM技術(shù)的核心優(yōu)勢是通過3D堆疊實現(xiàn)了高密度存儲，從而大幅提升了每個存儲堆棧的容量和位寬。例如，第一代HBM（HBM1）可以將四層8Gb（吉比特）的DRAM芯片堆疊在一起，形成一個32Gb（吉比特）的存儲堆棧，每個堆棧有1024位的接口，最多可以支持四個堆棧，從而實現(xiàn)128Gb（吉比特）的總?cè)萘亢?096位的總位寬。
相比之下，傳統(tǒng)的DDR4內(nèi)存只有64位的接口，每個芯片最大容量為16Gb（吉比特），最多只能支持兩個芯片，從而實現(xiàn)32Gb（吉比特）的總?cè)萘亢?28位的總位寬。
02.?HBM技術(shù)優(yōu)勢： 高帶寬、低延遲、低功耗
HBM技術(shù)通過3D堆疊實現(xiàn)了高密度存儲，從而帶來了三大優(yōu)勢：高帶寬、低延遲和低功耗。
高帶寬：HBM技術(shù)通過增加存儲堆棧的數(shù)量和位寬，以及提升數(shù)據(jù)傳輸速率，實現(xiàn)了超高的帶寬。例如，第三代HBM（HBM3）可以支持八個存儲堆棧，每個堆棧有2048位的接口，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)9.6Gbps（吉比特每秒），從而實現(xiàn)1.2TB/s（太字節(jié)每秒）的總帶寬。相比之下，傳統(tǒng)的DDR4內(nèi)存最多只能支持64GB/s（吉字節(jié)每秒）的總帶寬。
低延遲：HBM技術(shù)通過縮短存儲器和邏輯芯片之間的距離，以及采用并行訪問模式，實現(xiàn)了低延遲。例如，第三代HBM（HBM3）可以將存儲器和邏輯芯片之間的距離縮短到約100微米（微米），并且可以同時訪問16個獨(dú)立通道，從而降低了訪問延遲。相比之下，傳統(tǒng)的DDR4內(nèi)存需要通過長達(dá)數(shù)厘米（厘米）的電路板連接存儲器和邏輯芯片，并且只能順序訪問一個通道，從而增加了訪問延遲。
低功耗：HBM技術(shù)通過降低工作電壓，以及減少信號線的數(shù)量和長度，實現(xiàn)了低功耗。例如，第三代HBM（HBM3）可以將工作電壓降低到0.7伏（伏特），并且只需要約5000根信號線，從而降低了功耗4。相比之下，傳統(tǒng)的DDR4內(nèi)存需要1.2伏（伏特）的工作電壓，并且需要約20000根信號線，從而增加了功耗。
綜上所述，HBM技術(shù)通過3D堆疊實現(xiàn)了高密度存儲，從而帶來了高帶寬、低延遲和低功耗的優(yōu)勢，這些優(yōu)勢使得HBM技術(shù)非常適合高性能計算、人工智能、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域的應(yīng)用。
03.?HBM技術(shù)應(yīng)用： 助力高性能計算、人工智能、數(shù)據(jù)中心
HBM技術(shù)由于具備高帶寬、低延遲和低功耗的優(yōu)勢，因此被廣泛應(yīng)用于高性能計算、人工智能、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域，為這些領(lǐng)域提供了強(qiáng)大的存儲支持。
高性能計算：高性能計算是指使用大規(guī)模并行處理的超級計算機(jī)或集群系統(tǒng)來解決復(fù)雜的科學(xué)和工程問題。高性能計算對存儲器的要求非常高，需要大容量、高帶寬和低延遲的存儲器來支持大量的數(shù)據(jù)處理和傳輸。HBM技術(shù)正好滿足了這些要求，因此被廣泛應(yīng)用于高性能計算領(lǐng)域。例如，英偉達(dá)（NVIDIA）的 H100 / H800 和 AMD 的 MI300 系列 AI 加速卡均采用 HBM3 技術(shù)，為高性能計算提供了強(qiáng)大的存儲支持。
人工智能：人工智能是指使用計算機(jī)系統(tǒng)模擬人類智能的科學(xué)和技術(shù)。人工智能對存儲器的要求也非常高，需要高帶寬和低延遲的存儲器來支持大規(guī)模的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練和推理。HBM技術(shù)也正好滿足了這些要求，因此被廣泛應(yīng)用于人工智能領(lǐng)域。例如，谷歌（Google）的 TPU v4 和 TPU v5 系列 AI 芯片均采用 HBM2E 技術(shù)，為人工智能提供了強(qiáng)大的存儲支持。
數(shù)據(jù)中心：數(shù)據(jù)中心是指集中存儲、處理和傳輸大量數(shù)據(jù)的設(shè)施。數(shù)據(jù)中心對存儲器的要求也非常高，需要高容量、高帶寬和低功耗的存儲器來支持海量的數(shù)據(jù)服務(wù)。HBM技術(shù)也正好滿足了這些要求，因此被廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域。例如，英特爾（Intel）的 Sapphire Rapids 和 Granite Rapids 系列服務(wù)器處理器均采用 HBM2E 技術(shù)，為數(shù)據(jù)中心提供了強(qiáng)大的存儲支持。
綜上所述，HBM技術(shù)由于具備高帶寬、低延遲和低功耗的優(yōu)勢，因此被廣泛應(yīng)用于高性能計算、人工智能、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域，為這些領(lǐng)域提供了強(qiáng)大的存儲支持。
04.?HBM技術(shù)發(fā)展趨勢： 存儲巨頭競相推出下一代HBM
HBM技術(shù)由于具備高帶寬、低延遲和低功耗的優(yōu)勢，因此受到了存儲巨頭的高度重視，目前已經(jīng)有多家存儲巨頭正在計劃推出下一代HBM，以進(jìn)一步提升HBM技術(shù)的性能和市場競爭力。
SK 海力士（SK Hynix）：SK 海力士是韓國最大的存儲芯片制造商，也是全球第二大的DRAM供應(yīng)商。SK 海力士在2023年3月宣布，已經(jīng)開始量產(chǎn)第三代HBM（HBM3），并且已經(jīng)向英偉達(dá)（NVIDIA）和AMD等客戶提供了樣品。SK 海力士的HBM3可以支持8個存儲堆棧，每個堆棧有2048位的接口，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)9.6Gbps（吉比特每秒），從而實現(xiàn)1.2TB/s（太字節(jié)每秒）的總帶寬。SK 海力士表示，HBM3是目前市場上最高性能的存儲器，可以滿足高性能計算、人工智能、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域的需求。
三星（Samsung）：三星是全球最大的存儲芯片制造商，也是全球第一大的DRAM供應(yīng)商。三星在2023年4月宣布，已經(jīng)開始量產(chǎn)第二代高性能HBM（HBM2E），并且已經(jīng)向谷歌（Google）和英特爾（Intel）等客戶提供了樣品。三星的HBM2E可以支持8個存儲堆棧，每個堆棧有1024位的接口，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)4.8Gbps（吉比特每秒），從而實現(xiàn)614.4GB/s（吉字節(jié)每秒）的總帶寬。三星表示，HBM2E是目前市場上最高容量的存儲器，可以滿足海量數(shù)據(jù)處理和存儲的需求。
美光（Micron）：美光是全球第三大的存儲芯片制造商，也是全球第四大的DRAM供應(yīng)商。美光在2023年5月宣布，已經(jīng)開始研發(fā)第四代HBM（HBM4），并且計劃在2024年下半年開始量產(chǎn)。美光的HBM4可以支持16個存儲堆棧，每個堆棧有4096位的接口，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)12Gbps（吉比特每秒），從而實現(xiàn)3TB/s（太字節(jié)每秒）的總帶寬。美光表示，HBM4將是未來市場上最先進(jìn)的存儲器，可以滿足超高性能計算、人工智能、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域的需求。
綜上所述，HBM技術(shù)由于具備高帶寬、低延遲和低功耗的優(yōu)勢，因此受到了存儲巨頭的高度重視，目前已經(jīng)有多家存儲巨頭正在計劃推出下一代HBM，以進(jìn)一步提升HBM技術(shù)的性能和市場競爭力。據(jù)集邦咨詢預(yù)測，2023年HBM需求將同比增長58%，2024年可能進(jìn)一步增長約30%，未來這個市場規(guī)模將達(dá)到數(shù)十億美元。HBM技術(shù)無疑將成為高性能計算的新引擎，引領(lǐng)存儲技術(shù)的新變革。
編輯：黃飛
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工商網(wǎng)監(jiān)
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