Memoria de ancho de banda alto
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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 La información incluida en el presente documento es para fines informativos únicamente. La información incluida en el presente está sujeta a cambios y podría considerarse imprecisa por muchos motivos, entre los que se 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 derecho a revisar esta información y a hacer cambios ocasionales al contenido del presente sin ninguna obligación de notificar a las personas sobre tales revisiones o cambios. AMD NO PROPORCIONA NINGUNA REPRESENTACIÓN NI GARANTÍA CON RESPECTO A ESTE CONTENIDO Y NO ASUME NINGUNA RESPONSABILIDAD POR NINGUNA IMPRECISIÓN, ERROR U OMISIÓN QUE PUEDA APARECER EN ESTA INFORMACIÓN. ATRIBUCIÓN © 2015 Advanced Micro Devices, Inc. Todos los derechos reservados. AMD, Radeon, el logotipo de la flecha de AMD y sus combinaciones aquí incluidas son marcas registradas de Advanced Micro Devices, Inc. Los demás nombres son para fines informativos solamente y pueden ser marcas registradas de sus respectivos propietarios. 15 ACTUALIZACIÓN DE GRÁFICOS AMD RADEON™ | MAYO DE 2015