显卡新法宝 HBM显存技术解析/前景展望

    在2015年6月~9月期间，我们先后迎来了AMD Fury家族的三连发——Fury X、Fury以及R9 Nano，更新的架构、更多的流处理器、更好的DX12支持度让它们的性能全面超越老旗舰R9 290X，成为新一代A卡领袖。而与这些相比，最吸引PC业界关注的在于HBM显存的引用，在新技术的帮助下，Fury系列显卡的显存位宽达到了惊人的4096Bit，打破了人们对于DDR5上256/512Bit的认知量级，在显存频率仅需要1000MHz的条件下便可实现320GB/s的数据带宽，从此让这一参数不再成为影响显卡性能发挥的因素。

    那么HBM显存的实现原理是什么？除了增大位宽外它还具备哪些其他优势呢？我们不妨在此时间点进行下系统梳理，让大家能够更好的了解这项新技术。

【HBM的实现方法？】

    上面这张是立体堆栈式显存的概念图，左边是3D式堆栈，右边则是2.5D式堆栈，两者在原理上略有区别但最终目的一致，均是通过将显存颗粒立体堆叠的方式取代传统的平面延伸。这种做法最直接的好处让“平房”进化为“楼房”，节约占地面积的同时提供更多的居住空间，让有限的PCB面板得到解放。

    目前以AMD、海力士、三星主导的HBM联盟采用的是2.5D式封装，以Intel、镁光主导的HMC联盟采用的是3D式封装，两者的不同之处在于前者的显存颗粒与GPU核心水平放置，两者通过中介层进行连接后在统一封装，而后者则是将显存与GPU直接堆叠在一起。笔者认为，3D显存堆叠更适合高度集成化的SOC场景，而2.5D的技术难度相对更低一些，整体成本可以得到更好的控制，也更容易批量生产。

    【HBM的其他优势？】

    除了节约PCB空间、更大的位宽之外，HBM的好处还不止于此。显存颗粒之间、显存与GPU之间的距离更短，这意味着信号可以更快的传输，延迟将有效降低，使得显卡整体性能得到提升。

    另外在R9 Nano发布之后，笔者此前的另一个推测也得到了证实，当GPU核心与显存颗粒被封装到了一个大Die之后，显卡整体的热量“被”集中起来，此时的显卡制造商无论是AMD还是下游的AIB，在设计散热时仅需要照顾这一小块面积即可。R9 Nano正是这样做的，单风扇配合一整块散热鳍片即可满足温控，相比较而言传统显卡板型则需要双风扇甚至三风扇才能满足，由此可见在HBM显存普及之后，显卡厂商的研发、成本压力也会随之降低。

    【前景展望】

    按照海力士以及AMD所公布的数据，HBM在作为显存出现时可以提供8通道1024bit起跳的显存位宽，搭配适当频率颗粒（等效频率在2000~3600MHz左右，约等于GDDR4的水平）时可以提供超过128GB/s，最大可至512GB/s的等效带宽，在此基础上还能实现40%的功耗下降。随着工艺的成熟稳定，HBM所能够带来的带宽数字可能会进一步提升至640GB/S甚至更高。

    目前AMD所使用的第一代HBM显存可以提供4GB的显存容量、4096Bit的位宽以及1000MHz的等效频率，下一代HBM2则会成倍增长。有消息称，AMD的下一代Arctic Islands（北极群岛）显卡将会拥有16GB的HBM2显存，其带宽将达到惊人的1TB/s。

    除了AMD，另一大显卡芯片制造商NVIDIA也向HBM伸出橄榄枝，计划于明年的“Pascal”产品中使用HBM2显存。不过有报道称，AMD已经为关键的2.5D封装样式申请了专利，这也就意味着NV或花钱向AMD买授权，或开发自己的封装工艺（比如3D），就目前来看，明年根本无法上二代HBM，也就是“Pascal”还将停留在GDDR5。对此，AMD的官方发言人Iain Bristow表示，AMD不会靠HBM攫取版税，我们热忱欢迎其他厂商使用Fury的技术，而且并没有对它进行专利锁死。AMD的做法可谓十分机智，即体现了大度，有巧妙回避了技术垄断的嫌疑。而对于广大用户和玩家而言，我们自然希望新技术得到迅速普及。至于明年的Pascal是否会采用HBM显存，还有待进一步跟踪报导。■