Memoria de ancho de banda alto

MEMORIA DE ANCHO DE BANDA ALTO (HBM)
PARTE UNO
MAYO DE 2015
PROBLEMA N.º 1 EN LA INDUSTRIA
GDDR5 INTERRUMPIRÁ PRONTO EL CRECIMIENTO EN EL RENDIMIENTO DE LAS GPU
 Las plataformas y los dispositivos
deben equilibrar el uso de energía
entre la DRAM y los chips lógicos
RENDIMIENTO
 AMD anticipó este desafío hace
siete años y empezó a trabajar en
una solución
ENERGÍA TOTAL
 GDDR5 está ingresando en una
zona ineficiente de la curva de
energía/rendimiento
TIEMPO
¡Próximamente!
Potencia de memoria
Energía de PC
Rendimiento de la GPU
Estimaciones internas de AMD, gráfico para fines ilustrativos solamente.
2 ACTUALIZACIÓN DE GRÁFICOS AMD RADEON™ | MAYO DE 2015
PROBLEMA N.º 2 EN LA INDUSTRIA
GDDR5 TAMBIÉN LIMITA LOS FACTORES DE FORMA
 Los chips de GDDR5 no están tomando
tamaños más pequeños
 Se necesita una gran cantidad de
dispositivos para alcanzar un ancho de
banda alto
 Las demandas de energía de GDDR5
requieren reguladores de tensión
más grandes
 Todo esto determina el
tamaño de un producto
de alto rendimiento
3 ACTUALIZACIÓN DE GRÁFICOS AMD RADEON™ | MAYO DE 2015
90 MM
 Un espacio real considerable de la placa
está ocupado por las amplias interfaces de
GDDR5
110 MM
Área de PCB ocupada por ASIC + memoria (R9 290X)
HISTÓRICAMENTE: LO RESOLVÍAMOS AL REDUCIR E INTEGRAR FUNCIONES
Procesador
Intel 4004
Intel P5
Fuente: proyectoyautja.proboards.com
Fuente: gecko54000.free.fr
1971
Gráficos
Multimedia
1989
1993
IVR
AMD “Ontario”
Intel “Haswell”
Fuente: Extremetech.com
2003
2010
2013
2015
Caché y FPU
Northbridge
Southbridge
Apilamiento de die
Intel 486
AMD K8
AMD “Kabini”
HBM de AMD
Fuente: gecko54000.free.fr
4 ACTUALIZACIÓN DE GRÁFICOS AMD RADEON™ | MAYO DE 2015
Fuente: bytesandbits.it
Fotografías usadas para fines informativos, no constituye un endoso de forma expresa o implícita.
PROBLEMA N.º 3 EN LA INDUSTRIA
INTEGRACIÓN EN CHIP NO IDEAL PARA DRAM
 La DRAM no es de tamaño pequeño o de bajo
costo como para integrarse en un proceso
optimizado por lógica (por ej., SoC o GPU)…
 …sin embargo, aún existe la necesidad y el
deseo de integrar la DRAM por motivos de
rendimiento/energía/factor de forma
DRAM
SSD
 Se deben explorar otras formas de
integrar la DRAM
RTUE
IVR
ÓPTICA
5 ACTUALIZACIÓN DE GRÁFICOS AMD RADEON™ | MAYO DE 2015
LÓGICA
LAS INTERFACES FUERA DEL CHIP TIENEN UNA ESCALACIÓN INSUFICIENTE
LA COMUNICACIÓN SE ENCUENTRA POR ENCIMA EN CUANTO A CONSUMO DE ENERGÍA, LATENCIA Y TAMAÑO.
¿Por qué no escalar a GDDR5 para que
sea más rápido?
 Más ancho de banda requiere más
energía
 Las CPU/GPU más rápidas requieren
más ancho de banda
 El consumo de energía de DRAM es
una curva no lineal: consumo de
energía desproporcionado
a medida que aumenta el
ancho de banda
6 ACTUALIZACIÓN DE GRÁFICOS AMD RADEON™ | MAYO DE 2015
LÓGICA
DRAM
LA UNIDAD INTERMEDIA
EL SIGUIENTE PASO EN INTEGRACIÓN
 Lleva a la DRAM lo más cerca posible del logic die
 Una mejor proximidad permite anchos de bus
extremadamente amplios
Memoria apilada
Logic Die
 Mejorar la proximidad simplifica la comunicación
y la temporización
CPU/GPU
 Mejorar la proximidad aumenta ampliamente el
ancho de banda por vatio
Sustrato
de paquete
 Permite la integración de tecnologías diferentes,
como la DRAM
 AMD estableció sociedades en la industria
con ASE, Amkor y UMC para desarrollar
la primera solución de unidades intermedias
con un alto volumen de fabricación
7 ACTUALIZACIÓN DE GRÁFICOS AMD RADEON™ | MAYO DE 2015
Unidad intermedia
MEMORIA DE ANCHO DE BANDA ALTO
DRAM CREADA PARA UNA UNIDAD INTERMEDIA
 Un nuevo tipo de chip de memoria con
bajo consumo de energía y un ancho de
bus ultra amplio
 Muchos de esos chips se apilan de forma
vertical, como si fueran los pisos de un
rascacielos
Die de HBM DRAM
Die de HBM DRAM
 Nuevas interconexiones, llamadas “vías a
través de silicio” (through-silicon vias,
TSV) y “µbumps”. Conecte un chip de
DRAM a otro
 Las TSV y los µbumps también se usan
para conectar SoC/GPU a la unidad
intermedia
 AMD y SK Hynix se asociaron para
definir y desarrollar la primera
especificación y prototipo
completos para HBM
8 ACTUALIZACIÓN DE GRÁFICOS AMD RADEON™ | MAYO DE 2015
TSV
Microbump
Die de HBM DRAM
Die de HBM DRAM
Logic Die
Unidad
intermedia
Sustrato de paquete
PHY
PHY
Die de GPU/CPU/Soc
HBM FRENTE A GDDR5
HBM: UNA MEMORIA DIFERENTE DE GDDR5
TSV
Die de núcleo de DRAM
Paquete
Die de núcleo de DRAM
DRAM
Die de núcleo de DRAM
Sustrato
Die de núcleo de DRAM
Base de die
Implementación de IFBGA
Iu-Bump
GDDR5
Por paquete
32 bits
Ancho de bus
Hasta 1750 MHz (7 GBps)
Velocidadz de reloj
Hasta 500 MHz (1 GBps)
Hasta 28 GB/s por chip
Ancho de banda
>100 GB/s por pila
1,5 V
Tensión
1,3 V
9 ACTUALIZACIÓN DE GRÁFICOS AMD RADEON™ | MAYO DE 2015
HBM
1024 bits
HBM FRENTE A GDDR5
AUMENTO DEL AHORRO DE ENERGÍA CON HBM EN PILA2
GDDR5
10,66
Más de 35
HBM
GB/s de ancho de banda por vatio
Fuente: AMD
 La HBM y la unidad intermedia ofrecen mucho más ancho de banda que GDDR5 con
>50 % menos de energía3
 HBM reequilibra la DRAM frente al consumo de energía lógico para proteger el
futuro crecimiento de rendimiento de la GPU
10 ACTUALIZACIÓN DE GRÁFICOS AMD RADEON™ | MAYO DE 2015
HBM FRENTE A GDDR5
AHORROS DE ESPACIO MASIVO SUPERIORES A GDDR5
28 mm
5 mm
24 mm
7 mm
HBM de 1 GB
ÁREA CON UN 94 % MENOS DE SUPERFICIE1
Superficie, a escalar
GDDR5 de 1 GB
11 ACTUALIZACIÓN DE GRÁFICOS AMD RADEON™ | MAYO DE 2015
PIENSA EN PEQUEÑO CON LA UNIDAD INTERMEDIA Y LA HBM
<70 mm
 GDDR5 DE 1 GB (4 x 256 MB): 28 x 24 mm = 672 mm2
<70 mm
 Pila de HBM de 1 GB: 5 x 7 mm = 35 mm2
‒ 19 veces menos área de superficie para la misma cantidad de DRAM
 Tamaño de PCB2 de 9900 mm para las GPU y RAM AMD Radeon™
R9 290X
Área de PCB ocupada por ASIC con HBM
110 MM
 Tamaño de PCB2 <4900 mm para ASIC basado en HBM
90 MM
‒ >50 % menos de tamaño de PCB
Área de PCB ocupada por ASIC + memoria (R9 290X)
12 ACTUALIZACIÓN DE GRÁFICOS AMD RADEON™ | MAYO DE 2015
HBM CON UNIDAD INTERMEDIA: VELOCIDAD, ENERGÍA Y FACTORES DE
FORMA PEQUEÑOS
LA REVOLUCIÓN EN DISEÑO DE CHIPS
ANCHO DE BANDA ALTO
Rendimiento ampliamente superior al de
DDR4/GDDR5/LPDDR4
AHORRO DE ENERGÍA
>3 veces el rendimiento por vatio de GDDR52
FACTORES DE FORMA PEQUEÑOS
94 % menos de área de superficie de PCB con respecto
a GDDR51
INNOVACIÓN
Nuevos tipos de DRAM, unidades intermedias
e interconexiones diseñados por AMD
13 ACTUALIZACIÓN DE GRÁFICOS AMD RADEON™ | MAYO DE 2015
NOTAS AL PIE
1. Mediciones realizadas por AMD Engineering sobre GDDR5 de 1 GB (IC de 4 x 256 MB) a 672 mm2 frente
a HBM de 1 GB (1 x 4-Hi) a 35 mm2. HBM-2
2. Análisis realizado por AMD Engineering en una GPU AMD Radeon™ R9 290X frente a un dispositivo basado
en HBM. Datos obtenidos a través de la medición directa aislada de los rieles de entrega de energía de
GDDR5 y HBM con utilización completa de la memoria. Ahorro de energía calculado como GB/s de ancho de
banda entregados por vatio de energía consumida. AMD Radeon™ R9 290X (10,66 GB/s de ancho de banda
por vatio) y dispositivo basado en HBM (más de 35 GB/s de ancho de banda por vatio), AMD FX-8350,
Gigabyte GA-990FX-UD5, DDR3-1866 de 8 GB, Windows 8.1 x64 Professional, AMD Catalyst™ 15.20 Beta.
HBM-1
3. Análisis realizado por AMD Engineering en una GPU AMD Radeon™ R9 290X frente a un dispositivo basado
en HBM. Datos obtenidos a través de la medición directa aislada de los rieles de entrega de energía de
GDDR5 y HBM con utilización completa de la memoria. AMD Radeon™ R9 290X y dispositivo basado en HBM,
AMD FX-8350, Gigabyte GA-990FX-UD5, 8GB DDR3-1866, Windows 8.1 x64 Professional, AMD Catalyst™
15.20 Beta. HBM-3
14 ACTUALIZACIÓN DE GRÁFICOS AMD RADEON™ | MAYO DE 2015
ATRIBUCIÓN
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incluyen cambios en los productos y los procesos, cambios en las versiones de componentes y motherboard,
lanzamiento de nuevos modelos o productos, diferenciación de productos entre distintos fabricantes, cambios en
el software, actualizaciones de la BIOS, actualizaciones de firmware o similares. AMD no asume ninguna
obligación de actualizar o, de cualquier otra forma, revisar esta información. Sin embargo, AMD se reserva el
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