SK Hynix добавила в каталог продукции память типа HBM (high-bandwidth memory) второго поколения, что означает скорое начало массового производства и отгрузку продукции клиентам. В первую очередь, компания представит сборки ёмкостью 4 Гбайт, но с разной тактовой частотой, которые будут использоваться для графических и вычислительных карт. В дальнейшем ассортимент будет расширен.

В ближайшие недели или месяцы SK Hynix начнёт поставки 4-Гбайт сборок памяти HBM2 на базе четырёх DRAM-устройств ёмкостью 8 Гбит, которые соединяются при помощи технологии TSV (through silicon via). Каждая микросхема DRAM использует протокол DDR и разделяется на два 128-разрядных канала c 2n-архитектурой предварительной выборки (prefetch), каждый из которых может работать на собственной тактовой частоте и в разных режимах (более подробно об архитектуре HBM2 можно почитать тут). Сборка HBM2 из нескольких микросхем DRAM на базовой логической матрице называется KGSD (known good stacked die). При этом каждый конкретный тип сборки имеет собственное название по количеству слоёв (n устройств DRAM + базовая логика). Так, сборка на основе четырёх устройств DRAM называется 5mKGSD.

Преимущества HBM и HBM2 перед другими типами памяти

Скорость передачи данных первых микросхем HBM2 производства SK Hynix составит 1,6 Гтрансфер/с (H5VR32ESM4H-12C) и 2 Гтрансфер/с (H5VR32ESM4H-20C), что означает пиковую пропускную способность 204 Гбайт/с и 256 Гбайт/с соответственно.

Ранее в этом году неназванный представитель SK Hynix говорил в интервью с Golem.de о намерении компании начать массовое производство HBM2 в третьем квартале этого года. Добавление новых KGSD в каталог продукции подтверждает планы компании. Стоит учитывать, что производители оперативной памяти не объявляют о начале массового производства до того, как наберут достаточно микросхем для первой коммерческой поставки клиентам (или клиенту). Таким образом, SK Hynix может уже производить HBM2, но не заявлять об этом публично.

Как уже отмечалось, для производства HBM2 компания SK Hynix использует технологический процесс 21 нм (против 29 нм в случае с HBM первого поколения), что должно благоприятно сказаться на частотном потенциале новых KGSD. В дополнение к 4-Гбайт сборкам на базе четырёх 8-Гбит микросхем (4Hi, 5mKGSD), SK Hynix планирует предложить KGSD ёмкостью 2 Гбайт и 8 Гбайт на основе двух (2Hi, 3mKGSD) и восьми (8Hi, 9mKGSD) DRAM-устройств. Все HBM2 производства SK Hynix будут иметь напряжение питания VDD/VDDQ 1,2 вольта и размеры 7,75 мм × 11,87 мм (91,99 мм²).

Конфигурации сборок HBM2 производства SK Hynix

Корпорация Samsung Electronics начала массовое производство 4-Гбайт сборок памяти HBM2 со скоростью передачи данных 2 Гтрансфер/с ещё в начале этого года, а NVIDIA использовала их для создания графического процессора GP100. Первым продуктом NVIDIA, который будет использовать GP100 и многослойную память HBM2, станет вычислительный ускоритель Tesla P100, который экипирован 16 Гбайт HBM2 с пропускной способностью 720 Гбайт/с (скорость работы интерфейса памяти составляет около 1,4 Гтрансфер/с).

Что касается использования HBM2 другими коммерческими продуктами, то в прошлом году компания SK Hynix заявляла о работе с десятком компаний над различными проектами на базе HBM. В числе таких проектов упомянуты графические процессоры, CPU на основе микроархитектуры x86, программируемые матрицы, системы на кристалле для различных приложений и т. д., что свидетельствует о существенном интересе к многослойной памяти с высокой пропускной способностью. Тем не менее, пока только AMD и NVIDIA представили коммерческие продукты с HBM и HBM2.

Схематическое изображение системы на кристалле с HBM

Примечательно, что добавив в каталог HBM2, SK Hynix убрала из него все упоминания о HBM первого поколения. Неизвестно, продолжает ли компания поставлять такую память заинтересованным сторонам, однако учитывая тот факт, что существует не так много устройств, которые используют HBM1, поставки в малых количествах едва ли станут проблемой для SK Hynix (во всяком случае, до того, как компания прекратит использование технологического процесса 29 нм). Тем не менее, поскольку HBM2 уже здесь, маловероятно, что появится множество новых устройств на базе HBM1.

Ожидается, что следующее поколение игровых видеокарт на базе GPU от NVIDIA и AMD будет представлено в рамках выставки Computex 2016 в конце мая или начале июня. Однако, как уверяют наши коллеги с зарубежного интернет-ресурса Fudzilla, ссылаясь на собственные хорошо осведомлённые источники, в 2016 году ни один из ускорителей не получит память стандарта HBM 2.0. Вместо этого они будут довольствоваться микросхемами GDDR5 или, в лучшем случае, GDDR5X.

По данным издания, первые поставки чипов High Bandwidth Memory второго поколения могут начаться только в конце четвёртого квартала 2016 года, но их массовые отгрузки всё равно стартуют не раньше 2017 года. Связано это с по-прежнему ограниченными объёмами выпуска HBM2 и, как следствие, их высокой ценой.

Таким образом, источники проливают свет на истинную причину того, что графические процессоры NVIDIA GP100, построенные на архитектуре Pascal и анонсированные ранее в текущем месяце, начнут поступать OEM-производителям только в первом квартале 2017 года, а до этого поставлять их планируется лишь создателям систем глубокого обучения и облачных компьютерных систем.

Компания SK Hynix является одним из ключевых разработчиков многослойной памяти типа high bandwidth memory (HBM) наряду с Advanced Micro Devices, и единственным поставщиком микросхем HBM первого поколения. Тем не менее, компания не стала первым производителем памяти HBM второго поколения, уступив Samsung Electronics. Согласно комментариям представителя SK Hynix, компания начнёт производство HBM2 лишь в конце лета.

Первые чипы HBM2 производства SK Hynix появятся в третьем квартале

SK Hynix планирует начать серийное производство 4-Гбайт сборок памяти HBM2 в третьем квартале этого года, тогда как производство восьмислойных 8-Гбайт сборок HBM2 стартует в четвёртом квартале этого года. Планы по выпуску 2-Гбайт сборок HBM2 в данный момент не раскрываются. Эту информацию озвучил один из неназванных представителей SK Hynix в интервью немецкому сайту Golem.de. Официальные представители компании SK Hynix в США и Южной Корее не ответили на письмо с просьбой подтвердить планы компании в области производства памяти HBM второго поколения.

Архитектура памяти HBM в упрощённом виде

Перед началом массового производства новые микросхемы памяти любого производителя с окончательными характеристиками выпускаются мелкосерийными партиями, которые поставляются партнёрам для разработки и тестирования продукции на их базе. Так, SK Hynix начала поставки образцов памяти HBM своим партнёрам в третьем квартале 2014 года, отразив это в своём каталоге продукции. В то время компания поставляла 1-Гбайт микросхемы HBM с артикулами H5VR8GESM4R-20C (скорость передачи данных 1 Гтрансфер/с) и H5VR8GESM4R-25C (скорость передачи данных 0,8 Гтрансфер/с). Впоследствии сборки H5VR8GESM4R-20C были направлены в массовое производство летом 2015 года, они применяются на графических картах AMD Radeon R9 Fury/Nano. В настоящее время в каталоге продукции SK Hynix не содержится никаких упоминаний о памяти HBM2, ни в виде образцов, ни в виде продукции готовой к поставкам. Это косвенно подтверждает тот факт, что компания не планирует начинать их массового производства в ближайшие месяцы.

Как ожидается, память типа HBM2 будет использоваться на новых флагманских графических картах AMD поколения Polaris и NVIDIA поколения Pascal. В данный момент неизвестно, как массовое производство HBM2 компанией SK Hynix отразится на коммерческих поставках новых графических карт AMD Radeon и NVIDIA GeForce. Учитывая, что Samsung Electronics уже начала изготавливать микросхемы HBM2 ёмкостью 4 Гбайт со скоростью передачи данных в 2 Гтрансфер/с, едва ли разработчикам GPU придётся задерживать свои новые продукты из-за недоступности памяти.

Характеристики микросхем уже известны

Хотя изготовление памяти второго поколения НВМ компанией SK Hynix стартует лишь поздним летом, характеристики микросхем были многократно обнародованы производителем. Так, известно, что HBM2 будет производиться по технологии 21 нм, базироваться на устройствах памяти ёмкостью 8 Гбит и поддерживать скорости передачи данных в 1, 1,6 и 2 Гтрансфер/с. Микросхемы HBM2 будут иметь пропускную способность до 256 Гбайт/с. В планах SK Hynix, обнародованных в сентябре прошлого года, раскрываются намерения производить сборки HBM2 ёмкостью 2 Гбайт, 4 Гбайт и 8 Гбайт.

Семейство продукции HBM2 компании SK Hynix

Так же, как предшественник, HBM2 поддерживает два, четыре или восемь DRAM-устройств на базовой логической матрице (2Hi, 4Hi и 8Hi) в одной сборке, называемой KGSD (known good stacked die). Устройства памяти используют протокол DDR и разделяются на два 128-разрядных канала c 2n архитектурой предварительной выборки (prefetch), каждый из которых работает полностью автономно (на своей тактовой частоте и в разных режимах). Кроме того, каждый канал HBM2 разделяется на два псевдоканала, которые индивидуально декодируют и исполняют команды, но работают на одинаковой тактовой частоте, делят командные шины строк и столбцов, а также контакты CK и CKE. Режим псевдоканалов оптимизирует доступ к памяти и снижает задержки, что увеличивает эффективную пропускную способность. Сборки HBM2 имеют физический интерфейс 1024 разряда и напряжение питания 1,2 Вольта.

HBM2 SK Hynix будет иметь новую упаковку

Интересно отметить, что хотя многие архитектурные особенности HBM были унаследованы HBM2, упаковка не была одной из них. Так, микросхема HBM1 SK Hynix имеет размеры 5,48 мм × 7,29 мм (39,94 мм²). Чип HBM2 данного производителя будет иметь размеры 7,75 мм × 11,87 мм (91,99 мм²). Кроме того, KGSD HBM2 будут выше (0,695 мм / 0,72 мм / 0,745 мм против 0,49 мм), чем чипы HBM1. Это может потребовать от разработчиков процессоров (например, GPU) устанавливать теплораспределители на системы с HBM2, чтобы компенсировать любые различия в высоте между памятью и процессором, обеспечив защиту DRAM и гарантировав достаточное охлаждение для памяти.

Сравнение геометрических размеров корпусов память HBM первых и вторых поколений

Бóльшие размеры корпусов HBM2 производства SK Hynix означают, что выходящие вскоре системы в упаковке (system-in-package, SiP) — наборы микросхем на подложке, состоящие из процессора, памяти и других компонентов — будут несколько дороже SiP на базе HBM1, поскольку потребуют кремниевых соединительных подложек (silicon interposer) большего размера. Впрочем, поскольку геометрические параметры размещения микроконтактов (microbumps) у HBM2 остались неизменными, то сложность подложек не увеличится.

Интерфейс памяти HBM

Хорошая новость заключается в том, что для того, чтобы обеспечить пропускную способность в 512 Гбайт/с, понадобятся лишь две сборки HBM2 (против четырёх в случае HBM1), что в целом делает использование такой памяти привлекательным с точки зрения цены конечного решения.

Тем не менее, поскольку геометрические размеры KGSD HBM1 производства SK Hynix меньше размеров сборок HBM2 этой компании, они имеют некоторое преимущество для SiP малого форм-фактора. Судя по всему, SK Hynix придётся продолжить производство HBM1 в случае, если кому-то из клиентов потребуется подобная память.

Результат для индустрии

Согласно заявлениям SK Hynix, в настоящее время более десятка компаний работают над микросхемами, которые используют память HBM разных поколений. Учитывая, что SK Hynix была главной движущей силой для продвижения HBM, её планы массового производства памяти HBM второго поколения должны быть скоординированы с основными клиентами. Если это так, то развёртывание массового производства HBM2 в конце лета примерно совпадёт с началом массового производства процессоров, совместимых с новой памятью. Если нет, то у SK Hynix проблемы, поскольку её место на рынке на какое-то время займёт Samsung.