ذاكرة النطاق الترددي العالي (HBM)
ماهي ذاكرة النطاق الترددي العالي (HBM)
المقدمة
ذاكرة النطاق الترددي العالي (HBM) عبارة عن DRAM عالي الأداء ثلاثي الأبعاد. إنها تقنية تعمل على تكديس شرائح DRAM (memory die) رأسياً على طبقة منطقية عالية السرعة متصلة بواسطة تقنية ربط عمودي تسمى TSV (من خلال السيليكون) مما يقلل من مقاومة الاتصال وبالتالي يستهلك إجمالي الطاقة. يستخدم HBM DRAM بنية واجهة واسعة لتحقيق تشغيل عالي السرعة ومنخفض الطاقة. تم تحسين HBM DRAM لتشغيل النطاق الترددي العالي لمجموعة من أجهزة DRAM متعددة عبر عدد من واجهات مستقلة تسمى القنوات. من المتوقع أن يدعم كل مكدس DRAM حتى 8 قنوات. توفر كل قناة الوصول إلى مجموعة مستقلة من البنوك DRAM. قد لا تتمكن الطلبات من قناة واحدة من الوصول إلى البيانات المرفقة بقناة مختلفة. يتم تسجيل القنوات بشكل مستقل ، ولا يلزم أن تكون متزامنة.
يمكن أن يحتوي مكدس HBM على ما يصل إلى ثماني وحدات DRAM ، متصلة بواسطة قناتين لكل وحدة. تشمل التطبيقات الحالية ما يصل إلى أربع شرائح ، وهو ما يعادل تقريبا 40 نواة DDR في جزء صغير من المساحة.
ما يجعل هذه التكنولوجيا جذابة هو عرض النطاق الترددي بين رقائق DRAM ، بين الوحدة النمطية والمنطق (تقنية المتدخل) ، وعامل الشكل الصغير عند مقارنتها بـ DRAM DIMM.
اعتمدت JEDEC معيار HBM في أكتوبر 2013 ، ومعيار HBM 2 في يناير 2016. تقوم كل من Samsung و SK Hynix الآن بإنتاج رقائق HBM تجاريًا ، ومن المتوقع أن يتبعها آخرون.
ذاكرة النطاق الترددي العالي (HBM) هي واجهة RAM عالية الأداء لـ SDRAM مكدسة ثلاثية الأبعاد من Samsung و AMD و SK Hynix. يتم استخدامه بالاقتران مع مسرعات الرسومات عالية الأداء وأجهزة الشبكة. [1] تم إنتاج أول شريحة ذاكرة HBM بواسطة SK Hynix في عام 2013 ، وأول الأجهزة التي تستخدم HBM هي وحدات معالجة الرسومات AMD Fiji في عام 2015.
تم اعتماد ذاكرة النطاق الترددي العالي من قبل JEDEC كمعيار صناعي في أكتوبر 2013. تم قبول الجيل الثاني ، HBM2 ، من قبل JEDEC في يناير 2016.
تقنية
يحقق HBM عرض نطاق ترددي أعلى بينما يستخدم طاقة أقل في عامل شكل أصغر بكثير من DDR4 أو GDDR5. يتم تحقيق ذلك عن طريق تكديس ما يصل إلى ثمانية قوالب DRAM (وبالتالي تكون دائرة متكاملة ثلاثية الأبعاد) ، بما في ذلك قالب أساسي اختياري مع وحدة تحكم بالذاكرة ، متصلة ببعضها البعض عبر vias silicon (TSVs) و microbumps. تتشابه تقنية HBM من حيث المبدأ ولكنها غير متوافقة مع واجهة Hybrid Memory Cube التي طورتها شركة Micron Technology.
ناقل ذاكرة HBM واسع جدًا مقارنة بذكريات DRAM الأخرى مثل DDR4 أو GDDR5. يحتوي مكدس HBM المكون من أربعة قوالب DRAM (4 ‑ Hi) على قناتين 128 بت لكل يموت لما مجموعه 8 قنوات ويبلغ إجمالي عرضه 1024 بت. وبالتالي فإن بطاقة الرسومات / وحدة معالجة الرسومات (GPU) مع أربعة مكدسات HBM 4 4 Hi ستكون بالتالي مزودة بنقل ذاكرة بعرض 4096 بت. بالمقارنة ، يبلغ عرض ناقل GDDR ذكريات 32 بت ، مع 16 قناة لبطاقة الرسومات مع واجهة ذاكرة 512 بت. يدعم HBM ما يصل إلى 4 جيجابايت لكل حزمة.
يتطلب العدد الأكبر من الاتصالات بالذاكرة ، نسبة إلى DDR4 أو GDDR5 ، طريقة جديدة لتوصيل ذاكرة HBM بوحدة معالجة الرسومات (GPU) (أو معالج آخر). تستخدم كل من AMD و Nvidia رقائق السيليكون المصممة لهذا الغرض ، والتي تسمى المتداخلات ، لتوصيل الذاكرة ووحدة معالجة الرسومات. يتمتع هذا المتدخل بميزة إضافية تتمثل في أن يكون الذاكرة والمعالج قريبين فعليًا ، مما يقلل من مسارات الذاكرة. ومع ذلك ، نظرًا لأن تصنيع جهاز أشباه الموصلات أغلى بكثير من تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة ، فإن هذا يضيف تكلفة إلى المنتج النهائي.
واجهه المستخدم
يقترن HBM DRAM بإحكام بحساب المضيف مع واجهة موزعة. الواجهة مقسمة إلى قنوات مستقلة. القنوات مستقلة تمامًا عن بعضها البعض وليست بالضرورة متزامنة مع بعضها البعض. يستخدم HBM DRAM بنية واجهة واسعة لتحقيق تشغيل عالي السرعة ومنخفض الطاقة 1.3 فولط . يستخدم HBM DRAM ساعة تفاضلية 500 ميجاهرتز ، يتم تسجيل الأوامر في الحافة الصاعدة . تحتفظ كل واجهة قناة بحافلة بيانات data bus 128Bit تعمل بمعدل بيانات مزدوج (DDR). يدعم HBM معدلات نقل تبلغ 1GB/s لكل دبوس (نقل 1 بت) ، مما ينتج عنه عرض نطاق إجمالي للحزمة يبلغ 128 جيجابايت / ثانية.
HBM2
كما يحدد الجيل الثاني من ذاكرة النطاق الترددي العالي ، HBM2 ، ما يصل إلى ثمانية رقاقات من ذاكرة DRAM لكل مكدس بين بعضها البعض ويضاعف معدلات نقل الدبوس إلى 2GT/s . مع الحفاظ على الوصول إلى 1024-بت ، يستطيع HBM2 الوصول إلى النطاق الترددي للذاكرة 256 جيجابايت / ثانية لكل حزمة. تسمح مواصفات HBM2 بسعة تصل إلى 8 جيجابايت لكل حزمة. من المتوقع أن يكون HBM2 مفيدًا بشكل خاص لتطبيقات المستهلك الحساسة للأداء مثل الواقع الافتراضي.
في 19 يناير 2016 ، أعلنت شركة Samsung عن الإنتاج الضخم المبكر لـ HBM2 ، بما يصل إلى 8 جيجابايت لكل رقاقة مكدس. أعلن SK Hynix أيضًا عن توفر 4 غيغابايت من المداخن في أغسطس 2016.
HBM2E
في أواخر عام 2018 ، أعلنت JEDEC عن تحديث لمواصفات HBM2 ، مما يوفر زيادة في النطاق الترددي والقدرات. يتم دعم ما يصل إلى 307 جيجابايت / ثانية لكل مكدس (معدل بيانات فعال يبلغ 2.5 تيرابايت / ثانية) في المواصفات الرسمية ، على الرغم من توفر المنتجات التي تعمل بهذه السرعة بالفعل. بالإضافة إلى ذلك ، أضاف التحديث دعمًا لـ 12 وحدة رقاقة مكدس DRAM عالي الدقة (12 قالبًا DRAM) مما يجعل السعات تصل إلى 24 جيجابايت لكل رصة.
في 20 مارس 2019 ، أعلنت شركة Samsung عن Flashbolt HBM2E ، الذي يضم ثمانية قالب لكل رقاقة مكدس ، بمعدل نقل يبلغ 3.2GT/s ، مما يوفر إجمالي 16 جيجابايت و 410 جيجابايت / ثانية لكل رقاقة مكدس.
في 12 أغسطس ، 2019 ، أعلنت SK Hynix عن HBM2E ، الذي يضم ثمانية رقاقو في قالب لكل مكدس ، بمعدل نقل يبلغ 3.6 GT/S ، مما يوفر إجمالي 16 جيجابايت و 460 جيجابايت / ثانية لكل مكدس. سيبدأ SK Hynix الإنتاج الضخم في عام 2020.
تطوير
بدأ تطوير High Bandwidth Memory في AMD في عام 2008 لحل مشكلة استخدام الطاقة المتزايد باستمرار وعامل شكل ذاكرة الكمبيوتر. على مدار السنوات القليلة التالية ، طورت AMD إجراءات لحل مشكلات التراص مع فريق بقيادة كبير زملاء AMD Bryan Black لمساعدة AMD على إدراك رؤيتهم لـ HBM ، قاموا بتجنيد شركاء من صناعة الذاكرة ، وخاصة الشركة الكورية SK Hynix ، التي كانت لها خبرة سابقة في الذاكرة ثلاثية الأبعاد ، وكذلك شركاء من صناعة المتدخلين (الشركة التايوانية UMC) وصناعة التغليف (Amkor Technology و ASE).
تم الانتهاء من تطوير HBM في عام 2013 ، عندما قامت SK Hynix ببناء أول شريحة ذاكرة HBM. تم اعتماد HBM كمعيار صناعي JESD235 من قبل JEDEC في أكتوبر 2013 ، بعد اقتراح من AMD و SK Hynix في عام 2010. بدأ تصنيع كميات كبيرة في Hynix منشأة في Icheon ، كوريا الجنوبية ، في عام 2015.
أول GPU الذي يستخدم HBM هو AMD Fiji الذي تم إصداره في يونيو 2015 وهو يعمل على AMD Radeon R9 Fury X.
في يناير 2016 ، بدأت شركة Samsung Electronics الإنتاج الضخم المبكر لـ HBM2. في الشهر نفسه ، تم قبول HBM2 من قبل JEDEC كمعيار JESD235a. أول رقاقة GPU تستخدم HBM2 هي Nvidia Tesla P100 التي تم الإعلان عنها رسميًا في أبريل 2016.
في الاخير هذي المقالة تتكلم عن تكنولجية ذاكرة HBM ذاكرة النطاق الترددي العالي ومدى تطويرها وشكر عزيز القاراء على قراءة المقالة
ماهي ذاكرة النطاق الترددي العالي (HBM)
المقدمة
ذاكرة النطاق الترددي العالي (HBM) عبارة عن DRAM عالي الأداء ثلاثي الأبعاد. إنها تقنية تعمل على تكديس شرائح DRAM (memory die) رأسياً على طبقة منطقية عالية السرعة متصلة بواسطة تقنية ربط عمودي تسمى TSV (من خلال السيليكون) مما يقلل من مقاومة الاتصال وبالتالي يستهلك إجمالي الطاقة. يستخدم HBM DRAM بنية واجهة واسعة لتحقيق تشغيل عالي السرعة ومنخفض الطاقة. تم تحسين HBM DRAM لتشغيل النطاق الترددي العالي لمجموعة من أجهزة DRAM متعددة عبر عدد من واجهات مستقلة تسمى القنوات. من المتوقع أن يدعم كل مكدس DRAM حتى 8 قنوات. توفر كل قناة الوصول إلى مجموعة مستقلة من البنوك DRAM. قد لا تتمكن الطلبات من قناة واحدة من الوصول إلى البيانات المرفقة بقناة مختلفة. يتم تسجيل القنوات بشكل مستقل ، ولا يلزم أن تكون متزامنة.
 |
| مقطع عرضي لتبين تقنية ذاكرة HBM |
 |
| صورة توضيح بين تقنية ذاكرة من نوع HBM مقارنتا مع بنية ذاكرة GDDR5 استخدامها لذاكرة HBM، فإن تلك الرقاقات لن تكون موضوعة كما هي الحال مع ذاكرة GDDR5 على PCB البطاقة, إنما سيتم وضع رقاقات HBM بجانب قالب المعالج الرسومي بشكل مكدس، داخل حزمة المعالج الرسومي. إنها طبقة ركيزة مصممة خصيصا فوق ركيزة حزمة الـ ASIC، التي تصل قالب المعالج الرسومي إلى أربع تكديسات لذاكرة HBM، مع كثافة عالية للغاية من الأسلاك، التي تتجاوز ماهو قادر عليه PCB ذات الألياف الزجاجية متعددة الطبقات التقليدية. |
يمكن أن يحتوي مكدس HBM على ما يصل إلى ثماني وحدات DRAM ، متصلة بواسطة قناتين لكل وحدة. تشمل التطبيقات الحالية ما يصل إلى أربع شرائح ، وهو ما يعادل تقريبا 40 نواة DDR في جزء صغير من المساحة.
ما يجعل هذه التكنولوجيا جذابة هو عرض النطاق الترددي بين رقائق DRAM ، بين الوحدة النمطية والمنطق (تقنية المتدخل) ، وعامل الشكل الصغير عند مقارنتها بـ DRAM DIMM.
اعتمدت JEDEC معيار HBM في أكتوبر 2013 ، ومعيار HBM 2 في يناير 2016. تقوم كل من Samsung و SK Hynix الآن بإنتاج رقائق HBM تجاريًا ، ومن المتوقع أن يتبعها آخرون.
ذاكرة النطاق الترددي العالي (HBM) هي واجهة RAM عالية الأداء لـ SDRAM مكدسة ثلاثية الأبعاد من Samsung و AMD و SK Hynix. يتم استخدامه بالاقتران مع مسرعات الرسومات عالية الأداء وأجهزة الشبكة. [1] تم إنتاج أول شريحة ذاكرة HBM بواسطة SK Hynix في عام 2013 ، وأول الأجهزة التي تستخدم HBM هي وحدات معالجة الرسومات AMD Fiji في عام 2015.
تم اعتماد ذاكرة النطاق الترددي العالي من قبل JEDEC كمعيار صناعي في أكتوبر 2013. تم قبول الجيل الثاني ، HBM2 ، من قبل JEDEC في يناير 2016.
تقنية
يحقق HBM عرض نطاق ترددي أعلى بينما يستخدم طاقة أقل في عامل شكل أصغر بكثير من DDR4 أو GDDR5. يتم تحقيق ذلك عن طريق تكديس ما يصل إلى ثمانية قوالب DRAM (وبالتالي تكون دائرة متكاملة ثلاثية الأبعاد) ، بما في ذلك قالب أساسي اختياري مع وحدة تحكم بالذاكرة ، متصلة ببعضها البعض عبر vias silicon (TSVs) و microbumps. تتشابه تقنية HBM من حيث المبدأ ولكنها غير متوافقة مع واجهة Hybrid Memory Cube التي طورتها شركة Micron Technology.
ناقل ذاكرة HBM واسع جدًا مقارنة بذكريات DRAM الأخرى مثل DDR4 أو GDDR5. يحتوي مكدس HBM المكون من أربعة قوالب DRAM (4 ‑ Hi) على قناتين 128 بت لكل يموت لما مجموعه 8 قنوات ويبلغ إجمالي عرضه 1024 بت. وبالتالي فإن بطاقة الرسومات / وحدة معالجة الرسومات (GPU) مع أربعة مكدسات HBM 4 4 Hi ستكون بالتالي مزودة بنقل ذاكرة بعرض 4096 بت. بالمقارنة ، يبلغ عرض ناقل GDDR ذكريات 32 بت ، مع 16 قناة لبطاقة الرسومات مع واجهة ذاكرة 512 بت. يدعم HBM ما يصل إلى 4 جيجابايت لكل حزمة.
يتطلب العدد الأكبر من الاتصالات بالذاكرة ، نسبة إلى DDR4 أو GDDR5 ، طريقة جديدة لتوصيل ذاكرة HBM بوحدة معالجة الرسومات (GPU) (أو معالج آخر). تستخدم كل من AMD و Nvidia رقائق السيليكون المصممة لهذا الغرض ، والتي تسمى المتداخلات ، لتوصيل الذاكرة ووحدة معالجة الرسومات. يتمتع هذا المتدخل بميزة إضافية تتمثل في أن يكون الذاكرة والمعالج قريبين فعليًا ، مما يقلل من مسارات الذاكرة. ومع ذلك ، نظرًا لأن تصنيع جهاز أشباه الموصلات أغلى بكثير من تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة ، فإن هذا يضيف تكلفة إلى المنتج النهائي.
واجهه المستخدم
يقترن HBM DRAM بإحكام بحساب المضيف مع واجهة موزعة. الواجهة مقسمة إلى قنوات مستقلة. القنوات مستقلة تمامًا عن بعضها البعض وليست بالضرورة متزامنة مع بعضها البعض. يستخدم HBM DRAM بنية واجهة واسعة لتحقيق تشغيل عالي السرعة ومنخفض الطاقة 1.3 فولط . يستخدم HBM DRAM ساعة تفاضلية 500 ميجاهرتز ، يتم تسجيل الأوامر في الحافة الصاعدة . تحتفظ كل واجهة قناة بحافلة بيانات data bus 128Bit تعمل بمعدل بيانات مزدوج (DDR). يدعم HBM معدلات نقل تبلغ 1GB/s لكل دبوس (نقل 1 بت) ، مما ينتج عنه عرض نطاق إجمالي للحزمة يبلغ 128 جيجابايت / ثانية.
HBM2
كما يحدد الجيل الثاني من ذاكرة النطاق الترددي العالي ، HBM2 ، ما يصل إلى ثمانية رقاقات من ذاكرة DRAM لكل مكدس بين بعضها البعض ويضاعف معدلات نقل الدبوس إلى 2GT/s . مع الحفاظ على الوصول إلى 1024-بت ، يستطيع HBM2 الوصول إلى النطاق الترددي للذاكرة 256 جيجابايت / ثانية لكل حزمة. تسمح مواصفات HBM2 بسعة تصل إلى 8 جيجابايت لكل حزمة. من المتوقع أن يكون HBM2 مفيدًا بشكل خاص لتطبيقات المستهلك الحساسة للأداء مثل الواقع الافتراضي.
في 19 يناير 2016 ، أعلنت شركة Samsung عن الإنتاج الضخم المبكر لـ HBM2 ، بما يصل إلى 8 جيجابايت لكل رقاقة مكدس. أعلن SK Hynix أيضًا عن توفر 4 غيغابايت من المداخن في أغسطس 2016.
HBM2E
في أواخر عام 2018 ، أعلنت JEDEC عن تحديث لمواصفات HBM2 ، مما يوفر زيادة في النطاق الترددي والقدرات. يتم دعم ما يصل إلى 307 جيجابايت / ثانية لكل مكدس (معدل بيانات فعال يبلغ 2.5 تيرابايت / ثانية) في المواصفات الرسمية ، على الرغم من توفر المنتجات التي تعمل بهذه السرعة بالفعل. بالإضافة إلى ذلك ، أضاف التحديث دعمًا لـ 12 وحدة رقاقة مكدس DRAM عالي الدقة (12 قالبًا DRAM) مما يجعل السعات تصل إلى 24 جيجابايت لكل رصة.
في 20 مارس 2019 ، أعلنت شركة Samsung عن Flashbolt HBM2E ، الذي يضم ثمانية قالب لكل رقاقة مكدس ، بمعدل نقل يبلغ 3.2GT/s ، مما يوفر إجمالي 16 جيجابايت و 410 جيجابايت / ثانية لكل رقاقة مكدس.
في 12 أغسطس ، 2019 ، أعلنت SK Hynix عن HBM2E ، الذي يضم ثمانية رقاقو في قالب لكل مكدس ، بمعدل نقل يبلغ 3.6 GT/S ، مما يوفر إجمالي 16 جيجابايت و 460 جيجابايت / ثانية لكل مكدس. سيبدأ SK Hynix الإنتاج الضخم في عام 2020.
تطوير
بدأ تطوير High Bandwidth Memory في AMD في عام 2008 لحل مشكلة استخدام الطاقة المتزايد باستمرار وعامل شكل ذاكرة الكمبيوتر. على مدار السنوات القليلة التالية ، طورت AMD إجراءات لحل مشكلات التراص مع فريق بقيادة كبير زملاء AMD Bryan Black لمساعدة AMD على إدراك رؤيتهم لـ HBM ، قاموا بتجنيد شركاء من صناعة الذاكرة ، وخاصة الشركة الكورية SK Hynix ، التي كانت لها خبرة سابقة في الذاكرة ثلاثية الأبعاد ، وكذلك شركاء من صناعة المتدخلين (الشركة التايوانية UMC) وصناعة التغليف (Amkor Technology و ASE).
تم الانتهاء من تطوير HBM في عام 2013 ، عندما قامت SK Hynix ببناء أول شريحة ذاكرة HBM. تم اعتماد HBM كمعيار صناعي JESD235 من قبل JEDEC في أكتوبر 2013 ، بعد اقتراح من AMD و SK Hynix في عام 2010. بدأ تصنيع كميات كبيرة في Hynix منشأة في Icheon ، كوريا الجنوبية ، في عام 2015.
أول GPU الذي يستخدم HBM هو AMD Fiji الذي تم إصداره في يونيو 2015 وهو يعمل على AMD Radeon R9 Fury X.
في يناير 2016 ، بدأت شركة Samsung Electronics الإنتاج الضخم المبكر لـ HBM2. في الشهر نفسه ، تم قبول HBM2 من قبل JEDEC كمعيار JESD235a. أول رقاقة GPU تستخدم HBM2 هي Nvidia Tesla P100 التي تم الإعلان عنها رسميًا في أبريل 2016.
في الاخير هذي المقالة تتكلم عن تكنولجية ذاكرة HBM ذاكرة النطاق الترددي العالي ومدى تطويرها وشكر عزيز القاراء على قراءة المقالة
تعليقات
إرسال تعليق