HBM寬帶技術(shù)的核心優(yōu)勢是通過3D堆疊實現(xiàn)了高密度存儲，從而大幅提升了每個存儲堆棧的容量和位寬。為增進大家對HBM寬帶技術(shù)的認(rèn)識，本文將對HBM寬帶技術(shù)、HBM寬帶技術(shù)的難點予以介紹。如果你對HBM寬帶技術(shù)具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、HBM高帶寬內(nèi)存是什么

高帶寬存儲器（High Bandwidth Memory，HBM）是超微半導(dǎo)體和SK Hynix發(fā)起的一種基于3D堆棧工藝的高性能DRAM，適用于高存儲器帶寬需求的應(yīng)用場合，像是圖形處理器、網(wǎng)絡(luò)交換及轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備（如路由器、交換器）等。首個使用HBM的設(shè)備是AMD Radeon Fury系列顯示核心。2013年10月HBM成為了JEDEC通過的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，第二代HBM —— HBM2，也于2016年1月成為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，NVIDIA在該年發(fā)表的新款旗艦型Tesla運算加速卡 —— Tesla P100、AMD的Radeon RX Vega系列、Intel的Knight Landing也采用了HBM2。

存儲器是存儲指令和數(shù)據(jù)的計算機部件。有多種類型。中央處理器從存儲器中取出指令，按指令的地址從存儲器中讀出數(shù)據(jù)，執(zhí)行指令的操作。存儲容量和存儲器讀寫數(shù)據(jù)周期是存儲器的兩個基本技術(shù)的指標(biāo)。

高帶寬存儲器是一種CPU/GPU 內(nèi)存芯片（即 “RAM”），其實就是將很多個DDR芯片堆疊在一起后和GPU封裝在一起，實現(xiàn)大容量，高位寬的DDR組合陣列。HBM 堆棧沒有以物理方式與 CPU 或 GPU 集成，而是通過中介層緊湊而快速地連接，HBM 具備的特性幾乎和芯片集成的 RAM一樣，因此，具有更高速，更高帶寬。

HBM的發(fā)展包括：

第一，早期，AI處理器架構(gòu)的探討源于學(xué)術(shù)界的半導(dǎo)體和體系架構(gòu)領(lǐng)域，此時模型層數(shù)較少，計算規(guī)模較小，算力較低。

第二，模型逐漸加深，對算力需求相應(yīng)增加，導(dǎo)致了帶寬瓶頸，即IO問題，此時可通過增大片內(nèi)緩存、優(yōu)化調(diào)度模型來增加數(shù)據(jù)復(fù)用率等方式解決

第三，云端AI處理需求多用戶、高吞吐、低延遲、高密度部署。計算單元劇增使IO瓶頸愈加嚴(yán)重，要解決需要付出較高代價（如增加DDR接口通道數(shù)量、片內(nèi)緩存容量、多芯片互聯(lián)）

此時，片上HBM（High Bandwidth Memory，高帶寬存儲器）的出現(xiàn)使AI/深度學(xué)習(xí)完全放到片上成為可能，集成度提升的同時，使帶寬不再受制于芯片引腳的互聯(lián)數(shù)量，從而在一定程度上解決了IO瓶頸。

二、HBM技術(shù)難在哪？

“把DRAM疊起來”聽來簡單，但實際上存在不少技術(shù)難度。Vaidyanathan指出3項關(guān)系著良率的技術(shù)難點：

首先，是厚度。

HBM厚度僅為人類頭發(fā)的一半，意味著每一層DRAM的厚度都必須控制，研磨必須相當(dāng)精細。Vaidyanathan指出：“一旦堆疊層數(shù)越多，DRAM就必須做的更薄?！痹谶@樣的狀況下，企業(yè)必須擁有更先進的DRAM制程才可能達成。

其次，是晶圓堆疊的精準(zhǔn)度。

HBM的封裝是將每一片DRAM晶圓疊齊后再做切割，切割下來的晶粒就是HBM。不過，制造商為了讓堆疊更薄，會在硅晶圓上穿孔并以金屬物質(zhì)填滿，用以通電，借此取代傳統(tǒng)封裝的導(dǎo)線架。這樣的打洞技術(shù)則稱為“硅通孔（TSV, Through Silicon Via）。”

倘若是堆疊4層的HBM，從晶圓堆疊切割前開始，就必須精準(zhǔn)對齊硅穿孔（TSV），“切的時候也不能移位，否則不能導(dǎo)電?！盫aidyanathan說。硅穿孔需要非常精細的工藝才能做到。

第三，就是堆疊后的散熱問題。

HBM之所以被發(fā)明，來自于芯片商希望能將存儲器和處理器，包含CPU和GPU，全都包在一顆IC中。如此一來，存儲器與處理器的距離變得比之前近很多，散熱問題更需要被解決。綜合三點來看，封裝技術(shù)的重要性更甚以往。

HBM的應(yīng)用有哪些？除了AI服務(wù)器，還有哪些也會用到HBM？

由于技術(shù)難度高，HBM成本也相對高昂。早在2013年HBM就已經(jīng)誕生，當(dāng)時AMD與海力士共同研發(fā)第一代HBM，卻因價格太貴而鮮少被芯片業(yè)者采用，直至今日才因為AI應(yīng)用而受到諸多關(guān)注。

業(yè)內(nèi)人士分析，雖然越先進的HBM價格越高，但只要效能夠好、夠省電，廠商當(dāng)然愿重本采用。

目前來看，AI服務(wù)器會是HBM最重要的市場，美光以及海力士的HBM3e已通過英偉達的驗證，市場更盛傳英偉達已支付數(shù)億美元的預(yù)付款以確保供應(yīng)。Vaidyanathan指出：“AI服務(wù)器所需要的存儲器量，是傳統(tǒng)服務(wù)器的5～6倍。”

除此之外，未來智能駕駛汽車市場也是HBM重要的應(yīng)用場景。Mordor Intelligence在出版的一份報告中表示，ADAS（自動駕駛輔助系統(tǒng)）正在推升HBM的需求。從這個情況看來，AI服務(wù)器＋車用的HBM市場需求，可能將長達10年。

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