从单层到多层，为何HBM技术是未来数据中心的关键？

创作时间:

作者:

@小白创作中心

从单层到多层，为何HBM技术是未来数据中心的关键？

引用

搜狐

https://www.sohu.com/a/790974303_121674824

随着数据处理需求的指数级增长，芯片技术正奋力攀登至性能极限的巅峰。高带宽内存（HBM）以其开创性的内存堆叠技术独占鳌头，导致其容量需求激增；而传统内存架构在应对此类高性能应用场景时显得捉襟见肘。

HBM技术原理

高带宽内存（HBM）技术采用芯片堆叠技术，将多层DRAM芯片通过硅通孔（TSV）和微型凸点（uBump）连接在一起，形成一个存储堆栈（stack）。

图源：Google

其中，HBM通过将多个堆栈与逻辑芯片（如GPU或CPU）通过硅中介层（Interposer）封装在一起。这种3D堆叠技术实现了高密度存储，从而大幅提升了每个存储堆栈的容量和位宽。

TSV技术的关键作用

TSV技术是实现3D堆叠的关键。通过在硅芯片中垂直贯穿的导电通路，TSV技术极大地减少了芯片间的连接长度和电阻，提高了数据传输的效率和速度。

HBM技术的优势

在大模型的应用落地过程中，HBM的高带宽、高密度和低功耗特性使其成为了不可或缺的组件。

图源：Google

高带宽：HBM通过堆叠结构和垂直TSV（Through Silicon Via，硅通孔）互连技术，实现了极高的数据传输带宽。这对于需要处理海量数据的大模型和HPC应用至关重要，能够显著提升计算效率，减少数据传输延迟，即所谓的“内存墙”问题。
高密度：相比传统DRAM，HBM在相同的物理空间内能够容纳更多的存储单元，从而提供更高的存储容量。这对于存储千亿参数乃至更大规模的大模型至关重要。
低功耗：HBM的堆叠结构和高效的数据传输方式有助于降低整体功耗，这对于能源敏感的应用场景尤为重要。
小型化：随着电子设备的不断小型化，对内存器件的小型化要求也越来越高。HBM的堆叠封装方式使得其在保持高性能的同时，能够实现更小的体积，满足器件小型化的需求。

HBM在人工智能领域的应用

在人工智能领域，HBM技术能够加速神经网络的训练和推理过程，提高数据处理效率，助力AI算法在复杂任务中展现出更出色的性能。

HBM在高性能计算中的应用

对于高性能计算而言，HBM则成为了超级计算机、数据中心等核心设施中不可或缺的关键组件，为大规模并行计算提供了坚实的内存基础。

HBM在图形处理领域的应用

在图形处理领域，HBM的高带宽特性使得GPU能够更快速地访问和处理图像数据，从而为用户带来更加流畅、逼真的视觉体验。

HBM技术的多维度重要性

图源：美光科技

极致的数据传输速度：HBM通过垂直堆叠多个DRAM（动态随机存取存储器）芯片于处理器之上，并使用硅通孔（TSV，Through-Silicon Via）技术实现芯片间的直接连接，从而极大地缩短了数据传输的路径。其设计显著降低了数据传输的延迟，使得HBM的带宽远超传统的DDR（Double Data Rate）内存。
高效的能源利用：由于HBM减少了数据传输的距离和延迟，意味着在相同时间内可以完成更多任务，从而提高了系统的整体能效。另外，HBM的功耗管理也更加精细，能够在保证高性能的同时有效控制能耗，这对于能源敏感的应用场景（如移动设备、嵌入式系统等）尤为重要。
强大的扩展性：HBM架构支持多层堆叠，理论上可以不断增加DRAM芯片的数量来扩展内存容量和带宽，这为未来更高性能的计算需求提供了可能。
适应性广泛：HBM不仅适用于高性能计算领域，还在图形处理（GPU）、数据中心服务器、边缘计算等多个领域展现出巨大潜力。在GPU中，HBM可以显著提升图形渲染和计算性能；在数据中心，HBM的高带宽和低延迟特性有助于加速大数据分析、机器学习等任务；在边缘计算场景中，HBM的能效优势则有助于延长设备的续航时间。
推动技术创新和产业升级：HBM技术的发展不仅促进了内存技术的革新，更成为了驱动整个计算产业链全面升级的关键力量。这一技术的广泛采用，从源头激发了芯片设计的创新活力，促使封装测试技术向更高精度、更高效率迈进，同时引领了系统集成方案的革命性变革。