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2015年5月6日，AMD在紐約召開分析師會議。趁此機會，我們獨家專訪了AMD事業群首席技術官(Business Unit CTO) Joe Macri，一起聊了聊AMD下代顯卡將首先使用的HBM高頻寬VRAM，獲悉了不少新的秘密。

據介紹，AMD從事HBM技術研發已經長達7年了，與包括SK海力士在內的眾多業界夥伴一起完成了這種新一代VRAM。AMD方面的負責人是Bryan Black，過去7年的時間他基本都投身在了HBM的研發上，是一位很有勇氣的工程師。

首先是HBM VRAM的必要性。目前主流的VRAM規格是GDDR5，經過多年的使用和發展已經進入了瓶頸期，迫切需要新的替代技術。

對於任何半導體產品而言，性能和功耗都是一對矛盾體，包括顯卡。如果顯卡整體功耗限定，那麼GPU、 VRAM兩部分就必須互相妥協，而如今GDDR5 VRAM的規格越來越高，功耗也水漲船高，導致留給GPU的功耗空間減少，必然影響性能提升。

一個關鍵問題就是 VRAM頻寬，它取決於 VRAM的位寬和頻率。位寬都是GPU決定的，太高了會嚴重增大GPU晶片面積和功耗，所以高階顯卡一直停留在384/512位元。同時，GDDR5的頻率已經超過7GHz，提升空間不大了。


另外，GDDR5(包括以前的VRAM)都面臨著「佔地面積」的問題。一大堆VRAM顆粒圍繞在GPU晶片周圍，這已經是固定模式，GDDR5再怎麼縮小也無法改變，而且已經不可能再繼續大幅度縮小了。

那麼，將DRAM整合到SoC處理器內部如何呢？目前看得不償失，性能、功耗、尺寸、工藝都是很大的限制，無法獲得足夠的效益，短期內還必須相對獨立。

所以合理的下一步解決方案就是「中介層」(Interposer)，讓VRAM儘可能接近GPU晶片，封裝在同一基板上，提高通信能力。

於是，AMD聯合ASE、Amkor、聯電等夥伴聯合開發了第一個可以量產的中介層方案，用到了HBM VRAM上。


這就是AMD HBM方案的側面剖視圖。這一方案是基於AMD、海力士聯合定義、研發的第一個完整規範和原型。

橙色部分就是HBM VRAM的Die，3D立體封裝，多個Die(目前最多四個)垂直堆疊在一起，通過TSV矽穿孔和micro-bumps微凸點技術彼此連接。藍色部分是邏輯Die，是一個內外通信接口。

注意，每一個HBM Die都垂直與底部的邏輯Die進行通信，彼此之間是沒有任何聯繫的。

灰色部分是中介層(Interposer)，是整個方案的通信員，將HBM VRAM與GPU(也可以是CPU/SoC)同構PHY物理層聯繫在一起，同時把它們都固定在封裝基板上。

HBM VRAM本身是真正的3D封裝，而整個方案是2.5D封裝。

HBM如其名，最大的特點就是高頻寬(確切地說是高位寬)，目前已經可以做到單個顆粒1024-bit，足足GDDR5的32倍。 VRAM頻寬與位寬、頻率都成正比，因此位寬上去了，頻率就不用那麼高了，HBM目前的有效頻率僅僅1GHz，GDDR5的七分之一。

就這樣，HBM每個堆棧的頻寬可以突破100GB/s，GDDR5的四五倍。

更關鍵的是，HBM的電壓要求僅僅1.3V，低於GDDR5 1.5V，更加的節能。

頻寬高了，功耗低了，能效自然非常突出，HBM每瓦特可提供35+GB/s的頻寬，GDDR5則只能勉強超過10GB/s，高下立判。

同時，HBM體積小巧，非常節省空間，四層堆疊的1GB HBM只需要5×7＝35毫米，而且是圍繞著GPU核心統一封裝，不佔用PCB電路板。

1GB GDDR5則需要24×28＝672平方毫米，還得算上封裝針腳，而且都是分佈在PCB上的。

因此從GDDR5換到HBM，顯卡的面積可以縮小一半以上。

以下是熱點問題解答：
問：HBM VRAM與GPU核心未來是否會完全整合到一起？

Joe Macri：肯定會的。現在它們是2.5D封裝，是目前比較合理的解決方案。完全的3D整合封裝我們還在研究之中。對於手機等應用領域來說，這樣做會更適合(所佔面積更小)。3D封裝可以實現，但是成本會上升，性能上也不會帶來大幅提升，或者其他明顯的好處。

問：HBM VRAM會比GDDR5增加多少成本？

Joe Macri：這個不能具體說增加多少，但是有了HBM，我們可以推出更有價格競爭優勢的顯卡。

問：HBM是否也會用到中低階顯卡上？

Joe Macri：會的。HBM和GDDR5類似，最初主要針對高階市場，之後慢慢就會覆蓋到中階市場。HBM的普及速度還得看行業競爭。如果整個生態都用HBM，再加上它特有的能力，普及肯定會很快。

問：網傳AMD會推出配備HBM VRAM的高性能計算APU，是真的嗎？

Joe Macri：我們可以看到，APU正在越來越強大。對於AMD來說，GPU、APU都會使用HBM，這只是個時間問題。HBM其實並不僅限於顯卡，高性能計算、超級電腦、通信基礎設備、伺服器、PC等等都可以用。

問：AMD率先使用了HBM，而新技術總是機遇與挑戰並存，AMD是如何考慮的？

Joe Macri：AMD的一個原則就是，我們發現了問題，我們就要去解決問題，提供解決方案。比如說，我們把記憶體控制器整合到了處理器內部，我們推出了HSA 異構系統架構。AMD喜歡創新，也不怕競爭對手複製。我們認為，推廣HBM和當年我們推廣GDDR5是一樣的。