Mateusz Brzostek | 9 marca 2015, 10:25

HBM, HMC, Wide I/O – trzy przyszłościowe techniki pamięci operacyjnej

Warstwowy RAM

Wydajność układów obliczeniowych zwiększa się na przestrzeni lat znacznie szybciej niż wydajność interfejsów wejścia-wyjścia i pamięci. Gęstość pamięci i stopień złożoności maszyn obliczeniowych rosną w tempie bliskim założeniom słynnego prawa Moore'a, a prędkość i efektywność energetyczna interfejsów pamięci – znacznie wolniej. Z czasem, gdy będzie trzeba budować superkomputery o wiele potężniejsze od dzisiejszych, możemy rozbić się o „ścianę pamięci”. Transfer danych już teraz wymaga nawet połowy energii zużywanej przez superkomputery. Również prędkość pamięci jest niewystarczająca do wielu zastosowań.

UWAGA: By zrozumieć ten artykuł, należy się zapoznać z wcześniejszym, o trójwymiarowej mikroelektronice: „Układy scalone w trzech wymiarach – przyszłość mikroelektroniki”. Opisujemy tam techniki produkcji urządzeń, o których za chwilę będzie mowa.

Pamięć blisko procesora

Wiele problemów obecnie stosowanych systemów pamięci jest związanych z ich fizyczną formą. Długość ścieżek ogranicza maksymalną prędkość interfejsu. Powierzchnia płyty drukowanej nie pozwala umieścić między pamięcią a procesorem zbyt wielu ścieżek. Jeśli typ pamięci wymaga umieszczenia modułu w gnieździe, dodatkowe połączenie również osłabia jakość sygnału i obniża maksymalną osiągalną prędkość interfejsu.

Wszystkie te problemy pozwala złagodzić przysunięcie pamięci bliżej procesora i usunięcie wymiennych modułów oraz gniazd.

Karty graficzne z kośćmi GDDR5 pokazują, że tradycyjne formy pamięci nie pozwalają jej umieścić jeszcze bliżej procesora. Żeby to zrobić, trzeba ją gęściej upakować: rozwiązaniem tego problemu może być układanie krzemowych jąder zawierających komórki pamięci nie obok siebie, ale jedno na drugim, z wykorzystaniem niedawno udoskonalonych technik, o których mowa we wspomnianym artykule.

W ostatnich latach i miesiącach wyłoniły się trzy standardy opisujące wykorzystanie pamięci DRAM w warstwowej formie: HBM (High Bandwidth Memory), HMC (Hybrid Memory Cube) oraz Wide I/O. Przyjrzyjmy się szczegółom technicznym i potencjalnym zastosowaniom. Zauważmy, że chodzi o popularną, dobrze znaną pamięć w innych obudowach i z innym interfejsem: w samych jej komórkach nie ma nic innowacyjnego.