AMD详解HBM显存：性能远超GDDR5，功耗降50%，面积小94%

两周前AMD在分析师会议上确认了6月内发布Radeon Rx300系列显卡，其中6月24日压轴登场的R9 390X和R9 390极受关注，因为他们是首款采用HBM堆栈式显存（High Bandwidth Memory，高带宽内存）的显卡。关于HBM显存我们之前已经做过一些介绍，而AMD也给出了官方的详细介绍，包括使用的原因以及技术特点，在新旗舰正式发布前我们就先来热热身吧。

正所谓师出有名，AMD首先解答了为什么要采用新的显存技术。目前主流显卡所采用的显存都是GDDR5，但AMD认为GDDR5很快就会遇到阻碍GPU性能提升的“拐点”，这种显存芯片的尺寸已经无法再缩小，更强的GPU也需要更大容量、更高带宽的显存，这时候就需要“堆料”。

以R9 290X为例，GPU核心周围总共有16颗GDDR5芯片，再加上VRM电压调节模块相应也要增大规模，占据了大量空间，此外功耗也在上升，带来的性能提升幅度也逐渐下滑，说GDDR5显存目前正在进入功耗/性能曲线的低效区域也不为过。

AMD表示他们早在7年前就已经预料到这种状况，并且开始研发解决方案。在历史上，芯片厂商会选择更先进的芯片工艺或者在芯片中集成功能来解决这个问题。

目前有3个解决问题的思路，一个是SoC芯片集成，一个是外部接口，还有一个是中介层。其中外部接口就是当前的形式，继续提升GDDR5速度的效果已经不甚理想了。SoC也并非理想的途径，因为受到尺寸和成本的限制，但考虑到性能、功耗、尺寸等因素上的需求，最终选择了折中的办法——中介层。

AMD携手ASE、Amkor和UMC联合研发了首个可大批量生产的中介层解决方案，也就是即将发布的R9 390X/R9 390所采用的HBM显存的存在形式。这种方案灵活度也挺大的，一方面可以让显存尽可能地接近逻辑核心，以获得极大的总线位宽和效率、简化通信和时脉，还允许集成不同的技术，未来的新显存技术也能集成到中介层上。

接下来再讲一下为此而打造的HBM显存。HBM是一种超低功耗内存芯片，具有超宽总线位宽，首个完整规范以及原型由AMD联手SK Hynix定制和研发。

这种显存由若干层高带宽内存Die垂直堆栈，各Die与最底层的逻辑Die均通过TSV穿透硅通孔和μbumps微凸点技术直接互连（没错，每一层都通过若干个通道直通逻辑Die，而不与其他Die通信），再通过同样的技术，经中介层与GPU通信。未来HBM推广到CPU或者SoC芯片上，也是同样的结构。

GDDR5虽然频率普遍已经达到了1750MHz（实际7000MHz以上），每个封装位宽为32-bit，带宽为28GB/s，每瓦带宽实测10.66GB/s。

而第一代HBM频率最高只有500MHz（实际工作频率1000MHz），但是每个封装的总线位宽高达1024-bit，带宽超过100GB/s，电压低至1.3V，每瓦带宽超过35GB/s，实测功耗降低50%以上。

再考虑到空间占用问题，1GB GDDR5需要4颗芯片，而HBM只要一颗7mm×5mm的小芯片，单位容量表面积减少94%，而且因为HBM是和逻辑核心集成在同一块基板上，可以节省更多的空间。虽然PPT上说的只是逻辑核心+显存占据的PCB面积，并非整张显卡PCB的面积，不过可以预见最终显卡也可以做得很短。

简单总结一下，采用中介层技术的第一代HBM显存，最重要的是它拥有远超DDR4、GDDR5或者LPDDR4的高带宽和性能，能耗比也高很多，此外由于单位容量表面积缩小94%、加上逻辑核心缩小50%以上，采用这种显存的旗舰显卡也可以做成“网卡”了。