HBM3: nejvýkonnější paměti pro GPU, propustnosti až 5 TB/s?
Zatím je asi pořád daleko nová technologie pamětí GDDR7 (i když Nvidia zdá se s Micronem předběhla standardizaci a zařídila si vlastní GDDR6X). Ale výkonná GPU by mohla v blízké budoucnosti dostat jinou novou technologii pamětí: čipy HBM3. Hynix nyní oznámil, že má vyvinutou první generaci těchto pamětí, které by mohly propustnost grafik zvednou skoro řádově. Jediný čip (pouzdro) HBM3 má propustnost vyšší než celá RTX 3080.
Společnost SK Hynix, která stála za vůbec první generací této technologie (označené ještě jen „HBM“), nyní oznámila vyvinutí třetí generace celé technologie. Respektive čtvrté, pokud pokládáme HBM2E, která zvýšila frekvence a kapacity proti HBM2, ale jinak se tak moc nelišila, za separátní verzi.
O paměti HBM3 se výhledově hovořilo už v roce 2016, ale až nyní se pomalu chystá do reálného světa. V létě byla oznámena dostupnost IP pro paměťové řadiče od Synopsys a Rambusu, nyní už tedy byla oznámena i paměť. Zdá se ale, že zatím ještě standard není finálně ratifikován, na příchod hotových zařízení (GPU, CPU a akcelerátorů) s těmito pamětmi si asi počkáme až někdy do roku 2022.
Obří propustnost
HBM3 bude přirozeně navyšovat výkon, a to docela o dost. Počítá se u ní s efektivní frekvencí až 6400 MHz, což je na úrovni LPDDR5, GDDR5 nebo přetaktované budoucí DDR5. HBM začínala na poměrně nízkých frekvencích, tento deficit ale postupně zmírňuje. Tento takt by znamenal, že paměti budou mít 3,2× lepší propustnost, než jakou dosahovala 2,0GHz (efektivně) HBM2 třeba v kartě AMD Radeon VII. Je to také dvojnásobné zrychlení proti 3,2GHz HBM2E, i když od té existovaly i rychlejší varianty nad rámec standardu.
Paměti HBM3 by opět měly být vyráběné ve formě vícečipových pouzder s velmi širokou sběrnicí (má 1024 bitů), v tomto případě tedy jeden „šváb“ není jeden čip, ale čipů několik navrstvených uvnitř. Jedno takové pouzdro zastoupí několik čipů GDDR6, grafické karty by třeba teoreticky mohly mít jenom jedno pouzdro.
Pokud bude HBM3 běžet na avizovaném maximálním taktu 6400 MHz efektivně (či chcete-li, 6400 MT/s na jeden pin/bit), pak bude jediné pouzdro dosahovat propustnost 819,2 GB/s, což je dnes výbava highendové grafické karty – Nvidia GeForce RTX 3080 má nižší propustnost (760 GB/s), GeForce RTX 3080 Ti má víc (912 GB/s). A těch 819 GB/s je mimochodem dvojnásobek propustnosti, kterou má brutální integrované GPU procesoru Apple M1 Max, který ohromil 512bitovým paměťovým řadičem LPDDR5-6400 s propustností 400 GB/s (přesněji je to asi 409 GB/s). V porovnání s možnostmi HBM3 už to jako moc ovšem nevypadá.
Pokud by GPU bylo vybavené jen dvěma těmito pouzdry (jako kdysi Radeon RX Vega 56/64), mělo by propustnost 1,638 TB/s, mnohem více, než dosud ty nejvýkonnější herní grafiky. Se čtyřmi pouzdry (4096bitovou sběrnicí) už 3,276 TB/s a pokud by se dokonce použilo šest pouzder (6144bitová sběrnice), což v poslední době podporují highendová výpočetní GPU Nvidie, dostáváme téměř 5 TB/s.
S HBM3 by měly také být pro GPU či jiné procesory dostupné vyšší kapacity. Nyní vyvinuté paměti HBM3 od Hynixu budou existovat v podobě 16GB a 24GB pouzder, v nichž je 12 nebo 8 vrstev pamětí DRAM. Každý plátek o kapacitě 16 Gb/2 GB má tloušťku jen asi 30 mikrometrů a jsou propojené pomocí TSV (vertikálních vodičů procházejících čipem).
Tip: GPU Ampere mají nové paměti GDDR6X na bázi PAM4, máme detaily
Možná v Nvidia Hopper
Nejpravděpodobnějšími uživateli pamětí HBM3 budou výrobci akcelerátorů AI a podobného hardwaru. Mohou to být i specializované ASICy, ale samozřejmě také nejvýkonnější výpočetní GPU Nvidie, možná třeba už i připravovaná GPU Hopper, údajně čipletová a možná hodně velká, protože prý mohou mít spotřebu přes 1000 W. To by implikovalo obrovské množství jednotek a také výpočetního výkonu, takže by možná takové monstrum skutečně mohlo potřebovat tak šílenou propustnost pamětí, jako oněch zmíněných šest pouzder HBM3 s propustností 5 TB/s.
I když kdo ví, možná Nvidia skočí na ještě víc kusů, zde asi neexistuji nějaké konkrétní limity, například chystané Xeony Sapphire Rapids od Intelu integrující paměť HBM2E mají pod kapotou až osm pouzder (tedy 8192bitovou sběrnici). Také procesory by teoreticky mohly mít HBM3 integrovanou ve svém pouzdru, takže ji možná uvidíme v nějaké budoucí generaci Xeonů.
Bude HBM3 někdy v herních grafikách?
Herní grafické karty od odchodu Radeonů R9 Fury a poté karet Radeon RX Vega 56 a 64 paměti HBM a HBM2 přestaly používat (jedinou výjimkou byl Radeon Pro 5600M s čipem Navi 12 od AMD používaný exkluzivně firmou Apple). Důvodem je, že tyto paměti se musí osazovat na křemíkový interposer, což jejich použití hodně prodražuje. Proto jsou teď jen ve výpočetních GPU pro servery, která se prodávají za výrazně vyšší ceny než herní karty (…nebo tomu tak aspoň bylo před kryptoměnovou bublinou). Ovšem to, že by se technologie pamětí typu HBM mohla vrátit i do herních grafických karet, není asi úplně vyloučené.
Pomoci by tomu mohl příchod pokročilých pouzdřících technik, jako je EMIB od Intelu. Jde o křemíkové můstky, jimiž je realizováno jen propojení GPU a paměti HBM2 pod čipy. Není už potřeba interposer o velké ploše, takže se celek méně prodraží. Podobné technologie by měly mít i další firmy a nejen Intel, takže je možné, že v budoucnu se použití HBM3 tímto o dost zlevní a opět se otevřou dveře k jejímu nasazení na herních grafikách.
Energetické úspory, které by HBM měla přinášet proti poměrně žravým pamětem typu GDDR (zejména GDDR6X zdá se celkem významně zvyšuje TDP karet GeForce RTX 3000), by se pak daly využít na zvýšení výkonu samotného GPU. Pro to by pak zbývalo víc energie. Případně by HBM3 díky rozměru a opět nižší spotřebě mohla umožnit lepší výkon GPU v herních noteboocích.
Jan Olšan, redaktor Cnews.cz
⠀
