HBM - przyszłość graficznej pamięci RAM według AMD
GDDR5 osiąga swoje limity, więc AMD zapowiada mniejsze i wydajniejsze moduły.
AMD ujawniło oficjalnie swoje rozwiązanie dla pamięci graficznej nowej generacji - HBM, High Bandwidth Memory (ang. pamięć wysokiej przepustowości). Technologia zapewnia spore korzyści w porównaniu z GDDR5, a także nie mniej imponujące zalety w stylu mniejszych rozmiarów czy skromniejszego zapotrzebowania na prąd. HBM zadebiutuje w następnej rodzinie kart AMD, które powinny trafić do sprzedaży w czasie dwóch miesięcy. Są chętni na Radeona R9 390X?
W ubiegłym tygodniu odwiedziliśmy konferencję AMD. Joe Macri - szef działu technologicznego komputerów i grafiki w tej firmie - mówił o koncepcie stojącym za HBM. GPU stają się coraz potężniejsze, ale pamięci GDDR5 nie nadążają za tym postępem. Wyjaśnił, że dostępne są moduły 7 gbps, a w planach są kolejne - 8 gbps. Technologia ma jednak małe perspektywy: ilość prądu potrzebna do zwiększenia przepustowości nie rośnie w sposób liniowy - im szybsze GDDR5, tym większe zapotrzebowanie. Karty graficzne mają zazwyczaj określone limity maksymalnego poboru prądu i patrząc w przyszłość, kierowanie ogromnych zasobów energii do pamięci nie ma większego sensu, skoro więcej można osiągnąć poprzez przekierowanie tych mocy do rdzenia GPU.
Patrząc szerzej, wydajność GPU rośnie w tempie, któremu GDDR5 nie ma szans dorównać, co może potencjalnie tworzyć „wąskie gardła” w postaci pamięci. Wymagane jest nowe rozwiązanie i jednym z nich ma być właśnie HBM. W odróżnieniu od indywidualnych modułów GDDR5, lutowanych na płytkę drukowaną i łączonych do kontrolera pamięci, HBM oferuje nieco bardziej wyrafinowane podejście. Poszczególne moduły umieszczane są jeden na drugim, łączone metodą „through-silicon-vias”, gdzie połączenie elektryczne następuje bezpośrednio przez krzem. Pojedynczy chip GDDR5 z 32-bitowym interfejsem zapewnia przepustowość 28 GB/s. Dla porównania, „stos” HBM ma 1024 bity szerokości, z przepustowością ponad 100 GB/s (partner AMD - Hynix - podaje 128 GB/s), przy zmniejszonym napięciu. Wydajność zwiększa dodatkowo fakt, że GPU i pamięci HBM znajdują się na jednym „interposerze” - pośredniku - łączącym oba elementy bliżej siebie.
Każdy „stos” HBM to cztery chipy 256 MB jeden na drugim, a gotowy produkt otrzyma cztery takie stosy wokół nowego GPU (które ma być podobno rozbudowaną wersję istniejącego GCN). W teorii patrzymy więc na GPU z przepustowością 512 GB/s (w porównaniu z 320 GB/s w R9 290X i 336,5 GB/s w Titan X). Mniej pozytywna jest wiadomość, że nie zmienia się sama ilość pamięci. Joe Macri starał się zmniejszyć znaczenie tej kwestii, ale współczesne gry osiągają poziom 4 GB przy rozdzielczości 1440p, więc jest to realny problem - zwłaszcza biorąc pod uwagę doniesienia o GTX 980 Ti z 6 GB GDDR5. Z drugiej strony, większa przepustowość może pomóc w zastosowaniach, gdzie pamięć jest teraz ograniczeniem, jak przy wymagającym wygładzaniu krawędzi MSAA.
Konsolidacja modułów pamięci na mniejszej przestrzeni ma także inne zalety. Miejsce potrzebne do zamocowania indywidualnych modułów to główna przyczyna tego, że współczesne karty osiągają tak duże rozmiary. Cztery chipy 256 MB to 672 mm2, podczas gdy w HBM będzie to tylko 35 mm2. Nawet biorąc pod uwagę nadejście chipów 512 MB GDDR5, oszczędzamy sporo miejsca. AMD zapewnia, że rozmiary GPU i RAM-u na płytce drukowanej R9 290X to 9900 mm2, podczas gdy na odpowiedniku z HBM będzie to 4900 mm2. To ponad 50 procent mniej, więc nowe karty AMD mogą potencjalnie trafić także do mniejszych komputerów.
Poza zastosowaniami związanymi z kartami graficznymi, HBM może wpłynąć także na inne technologie. Obecnie zestawy APU - łączące CPU x86 z zintegrowaną grafiką GCN - są ograniczane przez mało wydajne pamięci DDR3. Zamiana na HBM może zwiększyć ceny, ale takie APU mogą w końcu znaleźć zastosowanie w PC do gier. Co więcej, jakaś wersja HBM może pojawić się w przyszłości także na konsolach. Firma Hynix przewiduje już świetlaną przyszłość, gdzie stosy 1 GB zamieniają się w 4 GB, a potem w 8 GB, a przepustowość rośnie dwukrotnie.
Gdzie zostawia to najgroźniejszego konkurenta AMD - firmę Nvidia? W krótkiej perspektywie Radeon R9 390X może rywalizować z GTX 980 Ti, czyli nieco ograniczoną wersją Titan X. Pojedynek powinien być fascynujący - produkt „zielonych” będzie miał zapewne więcej pamięci, ale z niższą przepustowością.
Pozostaje także kwestia tego w jakim stopniu większa przepustowość wpłynie na gry. Większe wartości są przydatne dla efektów post-processingu czy MSAA, ale żyjemy w świecie konsolowym, który wymaga, aby te „najcięższe” obliczenia wcisnąć do pamięci cache L2 przy GPU. Co więcej, w przypadku gier na PC podkręcanie GPU pokazuje lepsze przyrosty niż podkręcanie GDDR5. Może okazać się, że - przynajmniej na razie - widocznymi różnicami będzie mniejszy rozmiar i napięcia na kartach z HBM.
Warto zauważyć także, że HBM to nie do końca autorska technologia AMD. Koncept stosów pamięci trudno uznać za unikatowy, a samo AMD zapewnia, że zajmuje się nim od siedmiu lat. Zasady działania takich modułów nie są jednak większym sekretem, a Nvidia pokazała już własną wersję (na zdjęciu powyżej). To część architektury Pascal, która ma pojawić się na rynku w 2016 roku. Pierwszeństwo będzie jednak należeć do AMD i nie możemy się już doczekać dokładnych testów.