画期的な新モードが加わる第2世代のHBM 今年(2016年)は、HBM(High Bandwidth Memory)が本格的に発進する年となる。HBMは、昨年(2015年)、AMDのRadeon R9 Fury(Fiji)系の製品ファミリに採用された。しかし、DRAMベンダーはSK hynix 1社で、採用もAMD 1社の、それもハイエンド製品だけ。メモリ帯域も、GDDR5ベースの384GB/sec(512-bitインターフェイス)に対して、HBM1は512GB/secへと33%増えたに過ぎず。メモリ容量はGDDR5での最大8GBに対して、HBMベースのRadeon R9 Fury(Fiji)は最大4GBと逆に少なくなった。そのため、インパクトは、それほど大きいものではなかった。低電力コンパクトのRadeon R9 Nanoが精彩を放ったが、HBMが新技術として喝采を浴びるとまではいかなかった。 しかし、今年は2世代目のHBM2技術をベースにしたDRAMが登場。製造DRAMベンダーは複数になり、採用メーカーもAMDだけでなく、NVIDIAなど複数メーカーに広がる。メモリ帯域は1GB/secへと倍増し、メモリ容量は最大32GB(4スタックの場合)へと一気に増大する。製品ラインも、HBM2の世代でパフォーマンスライン全体に広がり始める可能性が高い。 HBM規格は、1,024-bitの超広メモリインターフェイスを使う積層DRAM技術だ。HBM1は転送レートが1Gbpsだったが、HBM2では転送レートが2Gbpsに上がる。HBMでは、DRAMを積層したスタック単位で扱う。4スタックのメモリ帯域はHBM1では512GB/secだったのが、HBM2では1TB/secに倍増する。 それだけでなく、HBM1では1ダイ当たりのDRAM容量が2G-bitだったのが、HBM2では8G-bitダイが中心となる。また、スタックは、HBM1がDRAMダイを4個までの積層だったのが、HBM2では8個までの積層となる。加えてレイテンシの低減と帯域の拡張に効果がある「Pseudo Channel(スードチャネル:疑似チャネル)」モードも加わる。さらに、ECC版がHBMに加えられる。 簡単に言えば、HBMは第2世代になり、性能は倍増し、機能が充実し、製造面でも採用面でも進展する。しかし、それだけではない。HBM2ではさらに市場を広げることを可能とする新要素が加わる。それは、1ダイ当たりのメモリ帯域を4倍に高めるモードだ。

2個のダイで8チャネル 1,024-bitのメモリインターフェイスをサポート AMDでJoe Macri氏(Corporate vice president, Product CTO, Corporate Fellow, AMD)は、昨年12月のRadeon Technologies Group (RTG) Tech Summit時に次のようにHBM2について説明している。 「HBMの利点はフォームファクタと電力で、平方mm当たりの帯域を著しく増大させることにある。HBM2は、そうしたHBMの利点をさらに発展させた規格で、2倍の転送レートとなる。しかし、HBM1からHBM2への変化は、帯域だけではない。最も素晴らしい変化は、スタックの層数を減らすことができるようになったことだ。 HBM1では、4-Hi(4層)スタックでなければ、フルのメモリ帯域を得られなかった。それに対して、HBM2では、2-Hi(2層)のスタックでフル帯域を得ることができる。帯域のために4-HiでDRAMダイを4層にしなければならないという制約がなくなった。より柔軟に、広いレンジの製品に対応できるようになった」。 なぜ、HBM1では4-Hiスタックでなければフル帯域を達成できなかったのか。それは、HBM DRAMのダイ当たりのチャネル幅が2チャネルだったからだ。HBMは128-bit幅の独立したメモリチャネルを、8チャネル束ねた仕様となっている。128-bitのチャネルが8チャネルで、合計1,024-bitで、これを1Gbpsで駆動して128GB/secの帯域を得る。 しかし、HBM1では、1個のDRAMダイは2チャネルまでしかサポートできない。そのため、4個のDRAMダイを積層した4-Hiスタックでなければ、1スタック当たり128GB/secの帯域を得ることができない。2-Hiのスタックでは、半分の4チャネルしか有効にならないので、メモリ帯域は半分の64GB/secになってしまう。HBM2では、この部分を改良したという。 「HBM2でも、基本は4個のダイで8チャネル幅だ。しかし、HBM2では、2-Hiスタックの場合は、2個のダイでも、8チャネル幅にできるようにした。HBM1では、8チャネル幅には必ず4個のダイが必要だった。ここが大きな違いで、より少ないDRAMダイ個数で、フルの帯域を得ることができるようになった」。 2-Hiスタックでフル帯域のコンフィギュレーションは、昨年10月のメモリカンファレンスmemcon時に、SK hynixが示している。SK hynixのスライドでは、2-Hiのスタックでも、2Gbps時のメモリ帯域は256GB/secとなっている。従来のスペックなら、2-Hiのスタックの帯域は128GB/secでなければおかしい。