MEMORIA DE ANCHO DE BANDA ALTO (HBM) PARTE UNO MAYO DE 2015

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Miguel Santiago Maidana Domínguez
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1 MEMORIA DE ANCHO DE BANDA ALTO (HBM) PARTE UNO MAYO DE 2015

2 ENERGÍA TOTAL RENDIMIENTO PROBLEMA N.º 1 EN LA INDUSTRIA GDDR5 INTERRUMPIRÁ PRONTO EL CRECIMIENTO EN EL RENDIMIENTO DE LAS GPU Las plataformas y los dispositivos deben equilibrar el uso de energía entre la DRAM y los chips lógicos GDDR5 está ingresando en una zona ineficiente de la curva de energía/rendimiento AMD anticipó este desafío hace siete años y empezó a trabajar en una solución TIEMPO Próximamente! Potencia de memoria Energía de PC Rendimiento de la GPU Estimaciones internas de AMD, gráfico para fines ilustrativos solamente. 2 ACTUALIZACIÓN DE GRÁFICOS AMD RADEON MAYO DE 2015

uso de energía entre la DRAM y los chips lógicos GDDR5 está ingresando en una zona ineficiente de la curva de energía/rendimiento AMD anticipó este

3 90 MM PROBLEMA N.º 2 EN LA INDUSTRIA GDDR5 TAMBIÉN LIMITA LOS FACTORES DE FORMA Los chips de GDDR5 no están tomando tamaños más pequeños Se necesita una gran cantidad de dispositivos para alcanzar un ancho de banda alto Un espacio real considerable de la placa está ocupado por las amplias interfaces de GDDR5 Las demandas de energía de GDDR5 requieren reguladores de tensión más grandes Todo esto determina el tamaño de un producto de alto rendimiento 110 MM Área de PCB ocupada por ASIC + memoria (R9 290X) 3 ACTUALIZACIÓN DE GRÁFICOS AMD RADEON MAYO DE 2015

gran cantidad de dispositivos para alcanzar un ancho de banda alto Un espacio real considerable de la placa está ocupado por las amplias

4 HISTÓRICAMENTE: LO RESOLVÍAMOS AL REDUCIR E INTEGRAR FUNCIONES Procesador Multimedia Gráficos IVR Intel 4004 Intel P5 AMD Ontario Intel Haswell Fuente: proyectoyautja.proboards.com Fuente: gecko54000.free.fr Fuente: Extremetech.com Caché y FPU Northbridge Southbridge Apilamiento de die Intel 486 AMD K8 AMD Kabini HBM de AMD Fuente: gecko54000.free.fr Fuente: bytesandbits.it 4 ACTUALIZACIÓN DE GRÁFICOS AMD RADEON MAYO DE 2015 Fotografías usadas para fines informativos, no constituye un endoso de forma expresa o implícita.

com 1971 1989 1993 2003 2010 2013 2015 Caché y FPU Northbridge Southbridge Apilamiento de die Intel 486 AMD K8 AMD Kabini HBM de AMD Fuente:

5 PROBLEMA N.º 3 EN LA INDUSTRIA INTEGRACIÓN EN CHIP NO IDEAL PARA DRAM La DRAM no es de tamaño pequeño o de bajo costo como para integrarse en un proceso optimizado por lógica (por ej., SoC o GPU) sin embargo, aún existe la necesidad y el deseo de integrar la DRAM por motivos de rendimiento/energía/factor de forma Se deben explorar otras formas de integrar la DRAM SSD ÓPTICA DRAM RTUE IVR LÓGICA 5 ACTUALIZACIÓN DE GRÁFICOS AMD RADEON MAYO DE 2015

para integrarse en un proceso optimizado por lógica (por ej.

LAS INTERFACES FUERA DEL CHIP TIENEN UNA ESCALACIÓN INSUFICIENTE LA COMUNICACIÓN SE ENCUENTRA POR ENCIMA EN CUANTO A CONSUMO DE ENERGÍA, LATENCIA Y TAMAÑO.

6 LAS INTERFACES FUERA DEL CHIP TIENEN UNA ESCALACIÓN INSUFICIENTE LA COMUNICACIÓN SE ENCUENTRA POR ENCIMA EN CUANTO A CONSUMO DE ENERGÍA, LATENCIA Y TAMAÑO. Por qué no escalar a GDDR5 para que sea más rápido? Más ancho de banda requiere más energía Las CPU/GPU más rápidas requieren más ancho de banda El consumo de energía de DRAM es una curva no lineal: consumo de energía desproporcionado a medida que aumenta el ancho de banda LÓGICA DRAM 6 ACTUALIZACIÓN DE GRÁFICOS AMD RADEON MAYO DE 2015

Más ancho de banda requiere más energía Las CPU/GPU más rápidas requieren más ancho de banda El consumo de energía de DRAM

7 LA UNIDAD INTERMEDIA EL SIGUIENTE PASO EN INTEGRACIÓN Lleva a la DRAM lo más cerca posible del logic die Una mejor proximidad permite anchos de bus extremadamente amplios Mejorar la proximidad simplifica la comunicación y la temporización Logic Die Memoria apilada CPU/GPU Mejorar la proximidad aumenta ampliamente el ancho de banda por vatio Permite la integración de tecnologías diferentes, como la DRAM Sustrato de paquete AMD estableció sociedades en la industria con ASE, Amkor y UMC para desarrollar la primera solución de unidades intermedias con un alto volumen de fabricación Unidad intermedia 7 ACTUALIZACIÓN DE GRÁFICOS AMD RADEON MAYO DE 2015

banda por vatio Permite la integración de tecnologías diferentes, como la DRAM Sustrato de paquete AMD estableció sociedades en la industria con ASE, Amkor y UMC

MEMORIA DE ANCHO DE BANDA ALTO DRAM CREADA PARA UNA UNIDAD INTERMEDIA Un nuevo tipo de chip de memoria con bajo consumo de energía y un ancho de bus ultra amplio Muchos de esos chips se apilan de

8 MEMORIA DE ANCHO DE BANDA ALTO DRAM CREADA PARA UNA UNIDAD INTERMEDIA Un nuevo tipo de chip de memoria con bajo consumo de energía y un ancho de bus ultra amplio Muchos de esos chips se apilan de forma vertical, como si fueran los pisos de un rascacielos Nuevas interconexiones, llamadas vías a través de silicio (through-silicon vias, TSV) y µbumps. Conecte un chip de DRAM a otro Die de HBM DRAM Die de HBM DRAM Die de HBM DRAM Die de HBM DRAM TSV Microbump Las TSV y los µbumps también se usan para conectar SoC/GPU a la unidad intermedia Unidad intermedia Logic Die PHY PHY Die de GPU/CPU/Soc AMD y SK Hynix se asociaron para definir y desarrollar la primera especificación y prototipo completos para HBM Sustrato de paquete 8 ACTUALIZACIÓN DE GRÁFICOS AMD RADEON MAYO DE 2015

Conecte un chip de DRAM a otro Die de HBM DRAM Die de HBM DRAM Die de HBM DRAM Die de HBM DRAM TSV Microbump Las TSV y los µbumps también se usan para conectar SoC/GPU a la unidad intermedia

9 HBM FRENTE A GDDR5 HBM: UNA MEMORIA DIFERENTE DE GDDR5 TSV Die de núcleo de DRAM Paquete Die de núcleo de DRAM DRAM Sustrato Implementación de IFBGA Die de núcleo de DRAM Die de núcleo de DRAM Base de die z Iu-Bump GDDR5 Por paquete HBM 32 bits Hasta 1750 MHz (7 GBps) Ancho de bus Velocidad de reloj 1024 bits Hasta 500 MHz (1 GBps) Hasta 28 GB/s por chip 1,5 V Ancho de banda Tensión >100 GB/s por pila 1,3 V 9 ACTUALIZACIÓN DE GRÁFICOS AMD RADEON MAYO DE 2015

paquete HBM 32 bits Hasta 1750 MHz (7 GBps) Ancho de bus Velocidad de reloj 1024 bits Hasta 500 MHz (1 GBps) Hasta

HBM FRENTE A GDDR5 AUMENTO DEL AHORRO DE ENERGÍA CON HBM EN PILA 2 GDDR5 10,66 HBM Más de 35 GB/s de ancho de banda por vatio Fuente: AMD La HBM y la unidad intermedia ofrecen mucho más ancho de

10 HBM FRENTE A GDDR5 AUMENTO DEL AHORRO DE ENERGÍA CON HBM EN PILA 2 GDDR5 10,66 HBM Más de 35 GB/s de ancho de banda por vatio Fuente: AMD La HBM y la unidad intermedia ofrecen mucho más ancho de banda que GDDR5 con >50 % menos de energía 3 HBM reequilibra la DRAM frente al consumo de energía lógico para proteger el futuro crecimiento de rendimiento de la GPU 10 ACTUALIZACIÓN DE GRÁFICOS AMD RADEON MAYO DE 2015

GDDR5 con >50 % menos de energía 3 HBM reequilibra la DRAM frente al consumo de energía lógico para

11 24 mm 5 mm HBM FRENTE A GDDR5 AHORROS DE ESPACIO MASIVO SUPERIORES A GDDR5 28 mm 7 mm HBM de 1 GB ÁREA CON UN 94 % MENOS DE SUPERFICIE 1 GDDR5 de 1 GB Superficie, a escalar 11 ACTUALIZACIÓN DE GRÁFICOS AMD RADEON MAYO DE 2015

% MENOS DE SUPERFICIE 1 GDDR5 de 1 GB Superficie, a

12 90 MM <70 mm PIENSA EN PEQUEÑO CON LA UNIDAD INTERMEDIA Y LA HBM <70 mm GDDR5 DE 1 GB (4 x 256 MB): 28 x 24 mm = 672 mm 2 Pila de HBM de 1 GB: 5 x 7 mm = 35 mm 2 19 veces menos área de superficie para la misma cantidad de DRAM Tamaño de PCB 2 de 9900 mm para las GPU y RAM AMD Radeon R9 290X Tamaño de PCB 2 <4900 mm para ASIC basado en HBM >50 % menos de tamaño de PCB Área de PCB ocupada por ASIC con HBM 110 MM Área de PCB ocupada por ASIC + memoria (R9 290X) 12 ACTUALIZACIÓN DE GRÁFICOS AMD RADEON MAYO DE 2015

para las GPU y RAM AMD Radeon R9 290X Tamaño de PCB 2 <4900 mm para ASIC basado en HBM >50 % menos de tamaño de PCB Área de PCB

13 HBM CON UNIDAD INTERMEDIA: VELOCIDAD, ENERGÍA Y FACTORES DE FORMA PEQUEÑOS LA REVOLUCIÓN EN DISEÑO DE CHIPS ANCHO DE BANDA ALTO Rendimiento ampliamente superior al de DDR4/GDDR5/LPDDR4 AHORRO DE ENERGÍA >3 veces el rendimiento por vatio de GDDR5 2 FACTORES DE FORMA PEQUEÑOS 94 % menos de área de superficie de PCB con respecto a GDDR5 1 INNOVACIÓN Nuevos tipos de DRAM, unidades intermedias e interconexiones diseñados por AMD 13 ACTUALIZACIÓN DE GRÁFICOS AMD RADEON MAYO DE 2015

de GDDR5 2 FACTORES DE FORMA PEQUEÑOS 94 % menos de área de superficie de PCB con respecto a GDDR5 1 INNOVACIÓN Nuevos

14 NOTAS AL PIE 1. Mediciones realizadas por AMD Engineering sobre GDDR5 de 1 GB (IC de 4 x 256 MB) a 672 mm 2 frente a HBM de 1 GB (1 x 4-Hi) a 35 mm 2. HBM-2 2. Análisis realizado por AMD Engineering en una GPU AMD Radeon R9 290X frente a un dispositivo basado en HBM. Datos obtenidos a través de la medición directa aislada de los rieles de entrega de energía de GDDR5 y HBM con utilización completa de la memoria. Ahorro de energía calculado como GB/s de ancho de banda entregados por vatio de energía consumida. AMD Radeon R9 290X (10,66 GB/s de ancho de banda por vatio) y dispositivo basado en HBM (más de 35 GB/s de ancho de banda por vatio), AMD FX-8350, Gigabyte GA-990FX-UD5, DDR de 8 GB, Windows 8.1 x64 Professional, AMD Catalyst Beta. HBM-1 3. Análisis realizado por AMD Engineering en una GPU AMD Radeon R9 290X frente a un dispositivo basado en HBM. Datos obtenidos a través de la medición directa aislada de los rieles de entrega de energía de GDDR5 y HBM con utilización completa de la memoria. AMD Radeon R9 290X y dispositivo basado en HBM, AMD FX-8350, Gigabyte GA-990FX-UD5, 8GB DDR3-1866, Windows 8.1 x64 Professional, AMD Catalyst Beta. HBM-3 14 ACTUALIZACIÓN DE GRÁFICOS AMD RADEON MAYO DE 2015

Datos obtenidos a través de la medición directa aislada de los rieles de entrega de energía de GDDR5 y HBM con utilización completa de la memoria.

15 ATRIBUCIÓN La información incluida en el presente documento es para fines informativos únicamente. La información incluida en el presente está sujeta a cambios y podría considerarse imprecisa por muchos motivos, entre los que se incluyen cambios en los productos y los procesos, cambios en las versiones de componentes y motherboard, lanzamiento de nuevos modelos o productos, diferenciación de productos entre distintos fabricantes, cambios en el software, actualizaciones de la BIOS, actualizaciones de firmware o similares. AMD no asume ninguna obligación de actualizar o, de cualquier otra forma, revisar esta información. Sin embargo, AMD se reserva el derecho a revisar esta información y a hacer cambios ocasionales al contenido del presente sin ninguna obligación de notificar a las personas sobre tales revisiones o cambios. AMD NO PROPORCIONA NINGUNA REPRESENTACIÓN NI GARANTÍA CON RESPECTO A ESTE CONTENIDO Y NO ASUME NINGUNA RESPONSABILIDAD POR NINGUNA IMPRECISIÓN, ERROR U OMISIÓN QUE PUEDA APARECER EN ESTA INFORMACIÓN. ATRIBUCIÓN 2015 Advanced Micro Devices, Inc. Todos los derechos reservados. AMD, Radeon, el logotipo de la flecha de AMD y sus combinaciones aquí incluidas son marcas registradas de Advanced Micro Devices, Inc. Los demás nombres son para fines informativos solamente y pueden ser marcas registradas de sus respectivos propietarios. 15 ACTUALIZACIÓN DE GRÁFICOS AMD RADEON MAYO DE 2015

versiones de componentes y motherboard, lanzamiento de nuevos modelos o productos, diferenciación de productos entre distintos fabricantes, cambios en el software, actualizaciones de la BIOS,

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