Tras una gran cantidad de rumores, por fin AMD hace oficial el salto a las nuevas memorias HBM, las cuales quieren revolucionar el ancho de banda de nuestras tarjetas gráficas gracias al apilado 3D.
Durante años, mejorar el rendimiento y la eficiencia energética ha dependido básicamente de mejorar el proceso de fabricación de semiconductores para realizar chips de menor tamaño o con mayor densidad siguiendo las pautas de la conocida Ley de Moore. Ahora, tras siete años de investigación, AMD y SK Hynix presentan High Bandwitch Memory (HBM), o lo que es lo mismo, memorias con alto ancho de banda.
HBM nace para dar solución al problema actual en el que las memorias GDDR5 ya están llegando a su límite práctico para ayudar a ofrecer un mayor rendimiento en nuestras gráficas. Dicho límite proviene de la mayor demanda de ancho de banda, que solo se puede suplir con un bus de datos mayor (encarece el chip principal) o con mayores frecuencias de memoria, algo que ha llegado ya a su límite en relación con la potencia eléctrica necesaria para aumentarlo.
Ante una demanda cada vez mayor de ancho de banda y potencia, las GDDR5 no pueden hacerse más pequeñas o eficientes, y hay algo más: el espacio. Las memorias GDDR5 se ponen alrededor del chip, aumentando el tamaño de la interfaz primaria esencial para que la GPU de gama alta alcance toda su potencia. Con las HBM, AMD ha corregido todos estos aspectos.
Si al mayor consumo sumamos que los chips GDDR5 no están reduciendo su tamaño (aumentando su densidad) y por tanto se requiere de un gran número de estos, nos encontramos con PCBs plagados de chips de memoria y fases VRM, algo que obliga a diseñar gráficas de grandes dimensiones para las gamas altas. legando peligrosamente al punto de inflexión donde el consumo deja de salir rentable por el incremento de rendimiento. ¿Y por qué la memoria GDDR5 no puede escalar y ser más rápida? Primero porque un mayor ancho de banda tendría un mayor consumo, y además éste no es lineal con respecto al aumento de ancho de banda, siendo el aumento de consumo desproporcionado con respecto al rendimiento que se ganaría.
Sin embargo, la propuesta de HBM consiste en apilar los chips de RAM conectándolos entre sí de forma que el camino entre el núcleo gráfico sea más corto y por tanto más eficiente.
Si comparamos gráficamente el espacio que ocupa 1 GB de memoria GDDR5 frente al que ocupa 1 GB de memoria HBM podemos comprobar como la superficie es un 94% inferior y por tanto podemos conseguir integrar la memoria en el propio chip gráfico.
La solución se llama Interposer
El siguiente paso en la integración de la memoria se llama Interposer, y éste logra al aproximar la memoria al núcleo podremos ampliar el ancho del bus mejorando y simplificando las comunicaciones entre ellos y mejorando la eficiencia energética. Según especifican la mejora es tan sustancial que pasaremos de un bus de 32 bits a uno de 1024 bits (6X) con un voltaje de 1.3V en lugar de 1.5V (mejor eficiencia). Sin embargo, las frecuencias serán notablemente inferiores, pues se situaran en los 500 MHz (1 Gbps) en lugar de los actuales 1.750 MHz (7 Gbps) para las GDDR5, algo que no importa demasiado porque el apilamiento favorece la velocidad final, ya que al tener una pila de chips y un gran bus conseguiremos pasar de un ancho de banda de 28 GB/s por chip en la GDDR5 a más de 100 GB/s para la HBM, casi 4 veces mayor que el actual.
El secreto de las HBM, además de este Interposer que acorta los tiempos de acceso entre los diferentes chips de VRAM, son esos propios chips de VRAM que, como hemos adelantado, están apilados. En uno de ellos podemos encontrar varios dies de VRAM que se poyan sobre un die lógico, y todos ellos se intercomunican verticalmente entre sí gracias a unas conexiones llamadas TSVs (through-silicon-vias) y microbumps (traducido algo así como microbombas), ambas conexiones empleadas para interconectar todas las capas de VRAM con el Interposer y, al mismo tiempo, conectar la GPU al Interposer.
A esto debemos añadir una eficiencia energética tres veces superior, que no es poco. Según informa AMD, el 15-20% del consumo de una Radeon R9 290X está en el subsistema de memoria (250W TDP) y por tanto podrían reducir el consumo general de la tarjeta en torno a 40-50W tan solo pasando de usar memoria GDDR5 a usar memoria HBM. He aquí uno de los puntos clave en la nueva generación de núcleos gráficos Fiji de AMD, que llegaran al mercado durante este mismo trimestre.
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