Radeon R9 390(X): AMD spricht über den HBM-Grafikspeicher von Fiji

AMD nächste High-End-Grafikkarten werden erstmals auf den neuen Speichertyp High Bandwith Memory (HBM) setzen, der mittelfristig GDDR5 ablösen wird. Dass der Speicher Verwendung finden wird, hatte AMD vor kurzem bereits bestätigt. Jetzt erläutert der Hersteller weitere Hintergründe, ohne konkrete Eckdaten zu verraten.

HBM wird laut AMD Bandbreiten von „mehr als 400 Gigabyte pro Sekunde“ bieten, GDDR5 ermöglicht selbst an einem 512-Bit-Interface aktuell nur 320 Gigabyte pro Sekunde. Wie hoch die Bandbreite der erste Grafikkarten genau ausfallen wird, darüber schweigt der Hersteller noch. Mehr Bandbreite ist aber nicht der einzige Vorteil der neuen Technik, auch die Effizienz soll deutlich steigen. Laut AMD wäre die Leistungsaufnahme von GDDR5 schon in Kürze zu einem Flaschenhals geworden. Mehr Speicherbandbreite hätte überproportional mehr elektrische Leistung erforderlich gemacht, die der GPU nicht mehr zur Verfügung gestanden hätte, ohne die Leistungsaufnahme des PCBs weiter zu erhöhen.

HBM soll pro Watt Leistungsaufnahme gegenüber GDDR5 mehr als die dreifache Bandbreite bereitstellen können. Während AMD für den GDDR5-Speicher auf einer Radeon R9 290X pro Watt Leistungsaufnahme des Speichers samt Interface 10,66 Gigabyte pro Sekunde angibt, soll eine noch nicht vorgestellte Grafikkarte mit HBM mehr als 35 Gigabyte schaffen. Hilfreich ist neben der Architektur auch die reduzierte Betriebsspannung von 1,3 Volt anstatt 1,5 Volt.

Ein weiterer Vorteil von HBM ist der reduzierte Platzbedarf, der kleinere Grafikkarten ermöglicht. GDDR5 mit einer Kapazität von einem Gigabyte benötigt vier Speichermodule, die auf dem PCB einen Platz von 672 mm² belegen. Bei HBM sind dafür nur 35 mm² nötig. Der von Speicher und GPU belegte Platz auf einer Radeon R9 290X ließe sich mit HBM von 9.900 mm² auf unter 4.900 mm² reduzieren.

Die technische Umsetzung

Während GDDR5 wie das Package der GPU für sich auf dem PCB der Grafikkarte sitzt, sind HBM und GPU über eine zwischengeschaltete Platine, den so genannten Interposer, unmittelbar miteinander verbunden. Bei HBM selbst handelt es sich wiederum um gestapelten Speicher. Das Prinzip, Speicher zu stapeln, ist bereits von 3D-NAND bekannt. Doch HBM, an dem AMD und Hynix seit sieben Jahren entwickelt haben wollen, geht weiter.

Zum Start von HBM sind je Stapel vier Ebenen Speicher und damit deutlich weniger als beim langsameren 3D-NAND mit aktuell bis zu 32 Schichten übereinander angeordnet. Während 3D-NAND extern aber wie zweidimensionaler NAND angebunden ist, fällt bei HBM auch das Speicherinterface deutlich breiter aus, denn alle Ebenen des Speicherchips können über den Logik-Die mit der GPU kommunizieren.

Jede der vier Speicherchip-Ebenen ist in der ersten Generation 256 Megabyte groß, sodass jeder „HBM Stapel“ eine Kapazität von 1.024 MB bietet. Pro Stapel stehen acht separate 128-Bit-Verbindungen und damit ein 1.024-Bit-Interface zur Verfügung. HBM ist also ein breit ausgelegter Speicher, der nicht allzu hoch takten muss, um hohe Bandbreiten zu erreichen.

AMD spricht bei der ersten Generation von „bis zu 500 MHz“, was pro Stapel jedoch bereits 128 Gigabyte pro Sekunde bedeuten würde (500 MHz * 2 (DDR) * 1.024 (Busbreite) = 128 GB/s). Bei anfangs vier Stapeln auf dem Interposer betrüge die kombinierte Speicherbandbreite 512 Gigabyte pro Sekunde. AMD hat maximal vier Stapel zum Start bestätigt.

Mit anfänglich maximal vier HBM-Stapeln zu je einem Gigabyte liegt eine weitere Eigenschaft der nächsten High-End-Karten auf der Hand, ohne dass AMD sie bereits bestätigt hat: Vier Gigabyte Speicher. AMDs Ansinnen, die Speicheraddressierung durch Treiberoptimierungen deutlich optimieren zu wollen, deutet ebenfalls in Richtung 4.096 MB. Für HBM der zweiten Generation gibt AMD dann zusätzliche Stacks für eine höhere Kapazität an, wobei auch eine höhere Kapazität je Stapel denkbar ist. Ohne Tricks sind aktuell nicht mehr als vier Gigabyte denkbar. Dass es keine Tricks geben wird, diese Bestätigung steht noch aus.

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