Definition

Was ist HBM2?

| Autor / Redakteur: Walter Schadhauser / Rainer Graefen

Verglichen mit HBM der ersten Generation hat der HBM-Stack nun die doppelte Kapazität und mehr Transfer-Speed.
Verglichen mit HBM der ersten Generation hat der HBM-Stack nun die doppelte Kapazität und mehr Transfer-Speed. (Bild: Samsung)

Auch in der Halbleiterindustrie geht es nicht so schnell wie manch Fortschrittsgläubiger das gerne glauben würde. Nachdem die Nachfolgegeneration von High Bandwith Memory (HBM) schon für Mitte 2017 angekündigt war, kamen erste Produkte erst im Jahr 2018 auf den Markt. Mit höheren Taktgeschwindigkeiten und Speicherkapazitäten wird bei HBM2 der Datendurchsatz auf höhere Werte getrimmt.

HBM2 hat mehr Potenzial als HBM. Das liegt in der Natur technischer Entwicklung. Allerdings gibt es immer noch die technische Konkurrenz in Form von GDDR5 und 6, die mit wesentlich höheren Taktfrequenzen auch für einen hohen Datendurchsatz zwischen Grafikprozessor und Grafikspeicher sorgen.

Nach einem wettbewerbstechnischen Gerangel zwischen Produzenten wie SK Hynix und Integratoren wie Nvidia und AMD, ob nun Kapazität oder Frequenz verdoppelt werden sollte, setzte Samsung Anfang 2018 unter dem Produktnamen Aquabolt die Messlatte für die HBM2-Konkurrenten hoch.

Wie SK Hynix hebt auch Samsung die Taktfrequenz "nur" auf 800 MHz an, bei NVidia treibt man bei einigen Tesla-KArten den Takt auf 900 MHz hoch (HBM operiert mit 500 MHz). Hauptproblem bei weiteren Takterhöhungen scheint derzeit eine Taktabweichung zu sein, die zu einer gewissen Varianz in den durchkontaktierten Dices (TSV = Through Silicon Via´s) führt. Nichtsdestotrotz steigt die Datentransferrate von 307 GByte pro Sekunde und HBM2-Stack.

Technischer Vergleich HBM vs. HBM2

HBM: Erste Grafikkarten wurden mit vier HBM-Stacks ausgestattet, so dass sich einige erstaunliche Merkmale ergeben. Der oben erwähnte Interposer beherbergt in mehreren Ebenen über 5000 Daten- und Adressleistungen.

  • Pro Datentransfer werden bei 1024 Datenleitungen 128 Byte/HBM übertragen.
  • Bei einer Taktfrequenz von 500 MHz und Signalübertragung auf beiden Taktflanken ergibt das einen Datendurchsatz von 128 GByte/s. Bei 4 HBM-Stacks errechnen sich so Datentransferraten von 512 GByte/s.

HBM2: Hier errechnen sich die Werte analog zu:

  • 1024 Datenleitungen übertragen pro Taktflanke 128 Byte pro HBM2-Stack. Bei jedem Takt werden insofern 256 Byte übertragen.
  • Die Taktfrequenz beträgt 800 MHz. Daraus resultiert eine Datenrate von 1600 GBit/s.
  • Bei insgesamt 4 HBM2-Stacks mit je 8 GByte Speicherkapazität errechnen sich so theoretisch 6400 GBits/s entsprechend 800 GByte/s.

Um die Temperatur der Grafikkarte nicht zu hoch zu treiben, wird allerdings die Spannung auf 1,2 Volt reduziert, so dass die Datentransferrate auf einen Wert von 307 GByte/s schrumpft. Im Vergleich zu Grafikkarten mit GDDR-5 Speicher, die 32 GByte/s Daten transferieren können, wird jedoch eine Verbesserung von fast Faktor 10 erreicht. Als Einsatzgebiete für HBM2 stehen Supercomputer, KI-Lösungen und High-end Grafikkarten zur Debatte.

Ausblick

HBM3 liegt schon in den Schubladen. Bei der Planung für die nächste Generation wird über Taktfrequenzen von 2000 MHz und Speicherkapazitäten von 256 GByte geredet. Alternativ könnte mit HCM, dem Hybrid Memory Cube, eine Technik zum Zuge kommen, die wie die PCIe-Schnittstelle mit Lanes und seriellen Datenströmen arbeitet, anstatt mit vielen parallelen Datenleitungen, die bei steigenden Taktfrequenzen schwer zu synchronisieren sein werden.

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