近年來隨著人工智能浪潮的興起，數據中心和服務器市場對于內存性能的要求達到了前所未有的高度。HBM（高帶寬內存）憑借其卓越的性能優勢，如高帶寬、低功耗、高集成度和靈活的架構，成為了這一領域的“香餑餑”，炙手可熱。

HBM 技術不僅滿足了高性能計算和大數據處理對內存帶寬和容量的極高要求，還通過其先進的 3D 堆疊技術和硅通孔（TSV）技術顯著降低了功耗和空間占用。在人工智能模型訓練、科學計算、圖形渲染等應用場景中，HBM 為系統提供了強大的內存支持，極大地提升了數據處理效率和計算性能，成為推動數據中心和服務器市場技術進步的關鍵因素之一。

HBM 協議概述

HBM（High Bandwidth Memory）即高帶寬內存，是一種用于 GPU、服務器、高性能計算（HPC）以及網絡連接的內存接口。它采用 3D 堆疊 DRAM 存儲器技術，將多個 DDR 芯片堆疊在一起并與 GPU 封裝，形成大容量、高位寬的 DDR 組合陣列。HBM 協議通過堆疊的方式顯著提高了內存的帶寬和容量，同時降低了功耗和占用空間，為高性能計算領域提供了強大的內存支持。

HBM 的技術優勢及迭代

HBM 協議的技術優勢

·高帶寬

HBM 通過增加位寬而非提高頻率來提升帶寬。其 IO 位寬可達 1024bits，遠高于 GDDR5的32bits。例如，HBM以500MHz 的內存為例，單個顆粒的帶寬可達到 128GB/s，而 GDDR5 的帶寬通常在 128GB/s左右，但需要更高的頻率來實現。HBM 的帶寬優勢使其在需要大量數據并行處理的場景中表現更優。

·低功耗

相比傳統的 GDDR5，HBM 在相同帶寬下功耗更低。這是因為 HBM 通過堆疊結構減少了芯片間的連接距離，從而降低了信號傳輸的功耗。此外，HBM 還支持多種節能模式，如待機模式、動態頻率調整等，可以根據實際工作負載動態調整功耗，進一步提高了能效比。

·更小外形

除了性能和功耗外，HBM 在節省產品空間方面也獨具匠心。隨著游戲玩家對更輕便高效的電腦追求，HBM 應運而生，它小巧的外形令人驚嘆，使游戲玩家可以擺脫笨重的 GDDR5 芯片，盡享高效。此外，HBM 比 GDDR5 節省了 94% 的表面積。

·高集成度

HBM 采用 3D 堆疊技術，將多個 DRAM 芯片垂直堆疊在一起，通過硅通孔（TSV）進行連接。這種堆疊方式不僅提高了內存的容量密度，還減小了內存模塊的物理尺寸，使得 HBM 更適合于對空間有嚴格要求的應用場景，如高性能計算和人工智能加速器等。

·靈活的架構

HBM 的內部組織方式具有較高的靈活性。其 BANK 和BANK 之間、Bankgroup 和 Bankgroup 之間是獨立訪問的，這為上層靈活控制提供了接口。此外，HBM 還支持多種尋址模式和命令操作，如偽通道（pseudo channel）尋址、雙命令接口等，能夠更好地適應不同的應用場景和工作負載。

技術迭代：從 HBM1 到 HBM3E 的五代演進

HBM 的應用場景

HBM（High Bandwidth Memory）憑借其高帶寬、低功耗、高集成度和靈活的架構特點，在多個領域展現出了巨大的優勢，以下是 HBM 的主要應用場景：

高性能計算（HPC）

·科學計算：在氣象預報、宇宙模擬等中，HBM 的高帶寬可快速處理大規模數據，提升計算效率。

·基因測序：快速處理和分析大規模基因數據，加速基因測序和相關研究。

人工智能（AI）

·模型訓練：在 AI 模型訓練中，HBM 的高帶寬和低功耗可高效處理大規模數據，提高訓練效率。

·推理應用：在自動駕駛、智能醫療等場景中，HBM 可快速響應推理請求，保障決策的及時性和準確性。

圖形處理（GPU）

·游戲顯卡：HBM 可提升 GPU 性能，實現更高分辨率和幀率，增強游戲體驗。

·專業圖形工作站：在 3D 建模、動畫渲染等場景中，HBM 可加速圖形渲染，提高設計效率。

網絡通信

·高速網絡交換機和路由器：HBM 可作為緩存或中間存儲，提供高帶寬的數據存儲和轉發能力，滿足網絡數據包的快速處理需求。

·5G及未來通信技術：在 5G 基站和核心網中，HBM 可高效處理大量數據，保障網絡性能和用戶體驗。

仿真

使用巨霖仿真軟件 SIDesigner 搭建 HBM3 的仿真電路，原理圖如下：

仿真結果如下：

工程師可以對電子系統進行全面的系統性能評估、優化系統可靠性及穩定性，加速產品研發、迭代過程。

歡迎從官網申請試用我們的軟件，過程中的任何疑問可聯系support技術人員，期待與您的交流！