Arbeitsspeicher Was ist High Bandwidth Memory 2 (HBM2)?

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High Bandwidth Memory 2 (HBM2) ist eine spezielle Art von Arbeitsspeicher, die hohe Datentransferraten ermöglicht. Im Gegensatz zu herkömmlichen RAM-Modulen hat HBM2 eine gestapelte Architektur mit einem extrem breiten Datenbus. Die Speicherchips sitzen vertikal übereinander auf einem gemeinsamen Interposer und sind sehr nah an der Prozessoreinheit platziert. HBM2-Speicher wird beispielsweise in leistungsstarken Grafikkarten und KI-Beschleunigern eingesetzt.

Die Abkürzung HBM2 steht für High Bandwidth Memory 2. Es handelt sich um die zweite Generation von High Bandwidth Memory (HBM). HBM ist eine maßgeblich von AMD und SK Hynix vorangetriebene Art von Arbeitsspeicher mit einer speziellen Stapelarchitektur der DRAM-Chips und einem besonders breitbandigen Interface.

Die erste HBM-Generation wurde von der JEDEC im Jahr 2013 als Industriestandard eingeführt. Die zweite Generation HBM2 wurde im Jahr 2016 von der JEDEC akzeptiert. In den Folgejahren wurden weitere Generationen von High Bandwidth Memory mit noch höheren maximalen Speicherkapazitäten und Datenraten spezifiziert. Dazu gehören die Generationen HBM2E (im Jahr 2019 spezifiziert), HBM3 (im Jahr 2022 spezifiziert) und HBM4 (im Jahr 2025 spezifiziert).

Mit HBM lassen sich größere Mengen dynamischer Arbeitsspeicher mit hohen Datentransferraten an Grafik- oder Hauptprozessoren anbinden. Zudem arbeitet der Speicher energieeffizient. Zu den größten Herstellern von HBM-Speicher gehören die Unternehmen SK Hynix, Samsung Electronics und Micron Technology. HBM2-Speicher kam beispielsweise in Grafikkarten und Beschleunigern der Nvidia-Tesla-, Nvidia-Quadro-, Nvidia-Titan- und AMD-Radeon-Vega-Familie zum Einsatz.

Aufbau und Funktionsweise von High Bandwidth Memory 2

Im Gegensatz zu den üblichen DRAM-Bauformen setzt High Bandwidth Memory 2 nicht auf hohe Taktraten der Datenleitungen, sondern auf eine starke Parallelisierung der Datenübertragung. Das wird erreicht, indem HBM2 mehrere DRAM-Speicher-Chips vertikal wie einen Turm übereinanderstapelt. Beispielsweise können bis zu acht Dies mit jeweils einem Gigabyte Speicher zu einem Stack mit insgesamt acht Gigabyte Speicherkapazität übereinandergestapelt werden. Durch das Stacking wird der Flächenbedarf auf der Platine reduziert und die maximal mögliche Speicherkapazität erhöht.

Die Speicher-Dies sind über durchkontaktierte Vertikalverbindungen im Silizium miteinander verbunden. Die Anbindung an den GPU- oder CPU-Chip erfolgt über eine gemeinsame Siliziumgrundplatte, den Interposer. Der Datenbus ist bei HBM2 pro Stack 1.024 Bit breit, und der Speicher kann vom GPU- oder CPU-Die über viele kurze, parallele Leitungen angesprochen werden. Auf diesem Datenbus lassen sich riesige Datenmengen in kurzer Zeit übertragen. Es sind beispielsweise Datentransferraten von bis zu 307 Gigabyte pro Sekunde möglich. Dank der kurzen Leitungswege ist der Strombedarf deutlich niedriger als bei herkömmlichen RAM-Modulen.

Typische Einsatzbereiche von High Bandwidth Memory 2

High Bandwidth Memory 2 ist prädestiniert für Einsatzbereiche, in denen große Datenmengen schnell zwischen Speicher und Prozessor bewegt werden müssen. Zu solchen Einsatzbereichen zählen beispielsweise:

• besonders leistungsstarke Grafikkarten,

• KI-Beschleuniger,

• Supercomputer und Hochleistungsrechner.

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