【芯视野】突破带宽极限 HBM成为竞逐高性能市场的内存黑马

当代电子计算体系的表现完全依赖于处理器和内存的相互配合，根据冯诺伊曼的设想，两者之间的速度应该非常接近，但摩尔定律让这一美好设想落了空。处理器的性能按照摩尔定律规划的路线不断飙升，内存所使用的DRAM却从工艺演进中获益很少，性能提升速度远慢于处理器速度，造成了DRAM的性能成为制约计算机性能的一个重要瓶颈，即所谓的“内存墙”。

在AI芯片大幅兴起的时代，对内存的要求更是有增无减，业界为了打破内存墙而设计了多种方案，HBM（高带宽存储器 High Bandwidth Memory）就是其中的一种。这种新型的内存方案具备高带宽、低功耗的特点，已逐渐在竞争中脱颖而出，成为AI芯片的重要之选。同时，随着工艺的不断提升，5G等应用也在对其敞开大门。

突破带宽极限

在AI应用当中，内存和I/O带宽是影响系统性能至关重要的因素。如果内存性能跟不上，对指令和数据的搬运（写入和读出）的时间将是处理器运算所消耗时间的几十倍乃至几百倍。换而言之，很多AI芯片所描述的实际算力会因为存储器的因素降低50%甚至90%。

解决这个问题的根本就是采用新型的内存方案，最有代表性的就是GDDR和HBM。GDDR发展自DDR，采用传统的方法将标准PCB和测试的DRAMs与SoC连接在一起，具有较高的带宽和较好的能耗效率，其缺点在于更难保证信号完整性和电源完整性。

HBM同样也基于DRAM技术，使用TSV（硅过孔）技术将数个DRAM芯片堆叠起来，并通过贯通所有芯片层的柱状通道传输信号、指令和电流。

凭借TSV方式，HBM大幅提高了容量和数据传输速率，与传统内存技术相比，HBM具有更高带宽、更多I/O数量、更低功耗、更小尺寸，可应用于高性能计算（HPC）、超级计算机、大型数据中心、AI、云计算等领域。

“HBM的传输速率会容易提升，原因在于采用2.5D的封装，整个信号完整性要比 DDR要更容易实现。”业内资深人士白文杰（化名）这样评价。

当代电子计算体系的表现完全依赖于处理器和内存的相互配合，根据冯诺伊曼的设想，两者之间的速度应该非常接近，但摩尔定律让这一美好设想落了空。处理器的性能按照摩尔定律规划的路线不断飙升，内存所使用的DRAM却从工艺演进中获益很少，性能提升速度远慢于处理器速度，造成了DRAM的性能成为制约计算机性能的一个重要瓶颈，即所谓的“内存墙”。

在AI芯片大幅兴起的时代，对内存的要求更是有增无减，业界为了打破内存墙而设计了多种方案，HBM（高带宽存储器 High Bandwidth Memory）就是其中的一种。这种新型的内存方案具备高带宽、低功耗的特点，已逐渐在竞争中脱颖而出，成为AI芯片的重要之选。同时，随着工艺的不断提升，5G等应用也在对其敞开大门。

突破带宽极限

在AI应用当中，内存和I/O带宽是影响系统性能至关重要的因素。如果内存性能跟不上，对指令和数据的搬运（写入和读出）的时间将是处理器运算所消耗时间的几十倍乃至几百倍。换而言之，很多AI芯片所描述的实际算力会因为存储器的因素降低50%甚至90%。

解决这个问题的根本就是采用新型的内存方案，最有代表性的就是GDDR和HBM。GDDR发展自DDR，采用传统的方法将标准PCB和测试的DRAMs与SoC连接在一起，具有较高的带宽和较好的能耗效率，其缺点在于更难保证信号完整性和电源完整性。

HBM同样也基于DRAM技术，使用TSV（硅过孔）技术将数个DRAM芯片堆叠起来，并通过贯通所有芯片层的柱状通道传输信号、指令和电流。

凭借TSV方式，HBM大幅提高了容量和数据传输速率，与传统内存技术相比，HBM具有更高带宽、更多I/O数量、更低功耗、更小尺寸，可应用于高性能计算（HPC）、超级计算机、大型数据中心、AI、云计算等领域。

“HBM的传输速率会容易提升，原因在于采用2.5D的封装，整个信号完整性要比 DDR要更容易实现。”业内资深人士白文杰（化名）这样评价。

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