傳統的記憶體技術,如DDR4或GDDR5,雖然能提供穩定的性能,但在面對AI和其他尖端應用時,已經顯得力不從心。這時,高頻寬記憶體(High Bandwidth Memory, HBM)的出現成為了改變遊戲規則的關鍵。究竟HBM是什麼?這篇文章帶你詳細了解。
HBM是什麼?
簡單來說,高頻寬記憶體 HBM是一種專門為高效能運算和人工智慧應用設計的記憶體技術。它比傳統的記憶體更快速地傳輸數據,同時消耗更少的電力。
HBM使用一種叫做3D堆疊技術的先進工藝,將多層記憶體晶片垂直堆疊在一起,通過矽穿孔連接不同層,這樣可以在相同的空間內容納更多記憶體,並減少處理器與記憶體之間的距離。
HBM vs DRAM
當我們談到HBM和傳統DRAM時,最大的差別在於頻寬、功耗和記憶體結構。
1. 頻寬的比較
傳統DRAM,像是DDR4和DDR5,雖能提供穩定的性能,但其頻寬遠不及HBM。以DDR4為例,頻寬通常介於12.8 GB/s到25.6 GB/s之間,DDR5最高頻寬也不過是51.2 GB/s。相比之下,最新一代的HBM3頻寬高達819 GB/s,這意味著它的數據傳輸能力是DDR5的數十倍。這樣的頻寬優勢讓HBM能夠支援如生成式AI、虛擬實境等,這是傳統DRAM難以達到的。
2. 功耗的差異
除了頻寬,HBM的另一大優勢在於功耗。HBM透過3D堆疊技術讓記憶體和處理器的距離變得更短,減少了數據在芯片之間的傳輸能耗,與之相比,傳統DRAM的功耗較高。在需要大量數據讀寫的應用場景中,兩者的差異是很大的。
3. 記憶體結構的不同
傳統DRAM的設計是平面結構,每個記憶體單元都是平鋪在芯片表面,這限制了它的容量和性能。而HBM採用了3D堆疊技術,將多層記憶體芯片垂直堆疊在一起,並通過矽穿孔技術來實現層間連接。這樣的設計不僅大幅提升了記憶體的存取速度,還能讓更多的記憶體單元在相同的體積內容納更多的數據。
4. 應用場景的差異
HBM和傳統DRAM並不是競爭對手,而是為不同應用場景設計的。DRAM依然是消費性電子產品的主流選擇,如一般的電腦、筆記型電腦等,然而,HBM則是專為高效能運算和數據密集型應用設計的,在自駕車、虛擬實境以及資料中心的高效能伺服器中,HBM也扮演著至關重要的角色。
HBM技術的挑戰
聽起來很厲害,對吧?但要把HBM做到這樣的性能,可不是簡單的事,這項技術背後有許多艱難的技術挑戰。
1. 厚度問題
因為HBM的晶片厚度只有人類頭髮的一半,每一層DRAM的厚度都必須精準控制,這就像在做精密的雕刻,一旦晶片的層數增加,厚度必須越來越薄,否則會導致製程失敗。
2. 晶圓堆疊的精準度
上面有提到,HBM的堆疊是把DRAM晶圓一層層疊在一起,然後進行精密切割。因此,為了確保每一層都能精確地導電,工程師必須使用矽穿孔技術,這是一種在晶圓上打洞並填充導電材料的技術。這些穿孔的大小比細菌還要小,製造過程中的任何偏差,都可能導致記憶體無法正常工作。
3. 散熱問題
隨著記憶體和處理器兜堆疊在同一個封裝中,兩者的距離變得更近,雖然有助於提升運算效率,但同時也帶來了散熱問題。因為HBM的設計需要在極小的空間內容納大量運算和數據傳輸,如何有效地散熱成為了技術突破的重點之一。