HBM 概述
HBM（High Bandwidth Memory）是一種由AMD和SK hynix聯(lián)合開發(fā)的創(chuàng)新3D堆疊DRAM技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)將多層DRAM芯片垂直堆疊，并利用高帶寬的串行接口實(shí)現(xiàn)與GPU或CPU的直連，從而提供遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越傳統(tǒng)DRAM的帶寬和容量。高帶寬內(nèi)存（HBM）它象征著內(nèi)存技術(shù)的革命性跨越，尤其在高性能計(jì)算（HPC）、人工智能（AI）、數(shù)據(jù)中心和高端游戲等領(lǐng)域。
Memory 進(jìn)化史
內(nèi)存技術(shù)從早期的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（SRAM）和動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（DRAM）發(fā)展至今，經(jīng)歷了多個(gè)關(guān)鍵階段：
SRAM 與 DRAM 的誕生 ：SRAM 憑借高速訪問(wèn)特性適用于緩存場(chǎng)景，而 DRAM 因高存儲(chǔ)密度和成本效益成為主內(nèi)存的首選。
同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（SDRAM） ：為縮小內(nèi)存與 CPU 速度差距而引入，實(shí)現(xiàn)單時(shí)鐘周期內(nèi)數(shù)據(jù)讀寫。
雙倍數(shù)據(jù)率同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（DDR SDRAM） ：利用時(shí)鐘上升沿和下降沿傳輸數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)傳輸速率翻倍。
多倍數(shù)據(jù)率技術(shù)的發(fā)展 ：從 DDR 到 DDR2、DDR3、DDR4直到DDR5，內(nèi)存數(shù)據(jù)傳輸速率持續(xù)提升，功耗和成本效益不斷優(yōu)化。
HBM 原理
HBM 原理HBM 的核心在于獨(dú)特的 3D 堆疊架構(gòu)和 TSV（Through - Silicon - Via）技術(shù)：
3D 堆疊架構(gòu) ：垂直堆疊多個(gè) DRAM 芯片層，增加單位面積內(nèi)存容量，各層 DRAM 通過(guò)微凸點(diǎn)與邏輯芯片相連。
TSV 技術(shù) ：在硅芯片中垂直貫穿導(dǎo)電通路連接不同層次電路，減少芯片間連接長(zhǎng)度和電阻。
高帶寬串行接口 ：與傳統(tǒng)并行接口相比，串行接口在更少引腳數(shù)量下實(shí)現(xiàn)更高數(shù)據(jù)傳輸速率。
HBM優(yōu)勢(shì)
高帶寬 ：滿足高性能計(jì)算需求，帶寬遠(yuǎn)超傳統(tǒng) DRAM。
高容量 ：3D 堆疊技術(shù)在相同芯片面積內(nèi)集成更多 DRAM 層，提供更大內(nèi)存容量。
低功耗 ：垂直堆疊結(jié)構(gòu)減少數(shù)據(jù)傳輸距離，TSV 技術(shù)也有助于降低功耗。
小尺寸 ：3D 堆疊設(shè)計(jì)使內(nèi)存模塊尺寸大幅減小，利于系統(tǒng)緊湊設(shè)計(jì)。
HMB技術(shù)發(fā)展歷程
2013年：
AMD 與 SK hynix宣布合作開發(fā) HBM 技術(shù)。
2015 年：
HBM 技術(shù)的開端，當(dāng)時(shí)的帶寬為 1.0Gbps，容量為 2Gb。
2018年：
容量提升至 8Gb，帶寬升至 2.4Gbps。它是世界上發(fā)展最快的版本，相比前代，每芯片容量翻倍、帶寬提升 1.5 倍，熱阻也提升了 34%。
2020年：
容量和帶寬達(dá)到 16Gb 和 3.2Gbps。其在速度和容量上均有顯著增強(qiáng)。
2022年：
帶寬提升至 5.6Gbps，SK 海力士實(shí)現(xiàn)了全球首次量產(chǎn)。該技術(shù)具備 1.5 倍的容量提升、1.8 倍的帶寬提升、1.2Hi 連接，還采用了芯片上芯片（On-Die）、先進(jìn)電源管理（通過(guò) Temp.管理）等技術(shù)。
2024年：
容量達(dá)到 24Gb，帶寬高達(dá) 8.0Gbps。其每芯片容量提升 1.5 倍，帶寬提升 1.4 倍，并且熱阻改善了 10%，能效達(dá)到 0.9x（pJ/bit）。
2026年：
計(jì)劃在 2026 年推出 HBM4 技術(shù)，將在 JEDEC 標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行討論，采用混合鍵合技術(shù)以及邏輯晶圓廠生產(chǎn)。
總結(jié)
高帶寬內(nèi)存（HBM）作為現(xiàn)代計(jì)算領(lǐng)域的一項(xiàng)革命性技術(shù)，憑借其獨(dú)特的 3D 堆疊架構(gòu)和 TSV 技術(shù)，在性能、容量、功耗和尺寸等方面實(shí)現(xiàn)了全方位突破。自 2013 年問(wèn)世以來(lái)，HBM 經(jīng)歷了多次迭代升級(jí)，從最初的 1.0Gbps 帶寬到如今的 8.0Gbps，不僅推動(dòng)了高性能計(jì)算、人工智能、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域的快速發(fā)展，也為未來(lái)的技術(shù)演進(jìn)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。展望未來(lái)，隨著 HBM4 技術(shù)的逐步落地，這一技術(shù)將繼續(xù)引領(lǐng)內(nèi)存發(fā)展的潮流，為人類社會(huì)的智能化進(jìn)程注入更強(qiáng)動(dòng)力。
