Actualizado a: 19 de enero de 2024
La memoria HBM se adentró fugazmente en el ámbito de la informática doméstica cuando AMD lanzó sus tarjetas gráficas con memoria HBM en vez de usar la clásica VRAM GDDR. Sin embargo, esto duraría poco. Desde entonces, donde ha predominado esta memoria es en el sector del HPC o supercomputación. Y, ahora, con la nueva generación HBM3E, se prometen rendimientos muy superiores. Aquí te lo contamos todo…
¿Qué es la memoria HBM?
La tecnología de memoria HBM (High Bandwidth Memory) es una solución diseñada específicamente para sistemas de alto rendimiento, como aplicaciones de alto rendimiento informático (HPC), aunque también se ha utilizado en algunos productos de consumo, como ciertos SoCs y tarjetas gráficas, como las AMD Radeon.
La característica distintiva de la memoria HBM es su ancho de banda extremadamente alto en comparación con otras tecnologías de memoria, como la SDRAM DDR. Esto la hace ideal para cargas de trabajo que requieren accesos intensivos a la memoria, como aplicaciones de inteligencia artificial (IA), entre otros.
La memoria HBM logra su amplio ancho de banda al apilar varios chips de memoria DRAM uno encima del otro y conectarlos a través de vías TSV (Through-Silicon Vias) en un enfoque de empaquetado 3D. Este diseño permite que cada pila de memoria ofrezca un ancho de banda muy alto para transferencias rápidas de datos.
Además, la tecnología HBM ofrece eficiencia energética, lo cual es especialmente beneficioso en aplicaciones como HPC, donde el consumo de energía en los centros de datos puede ser significativo. Cualquier mejora en la eficiencia energética puede suponer ahorros sustanciales en estos entornos de alta demanda.
Generaciones
Existen varias generaciones de memoria HBM, y con algunas mejoras como pueden ser la HBM2E o la HBM3E que vamos a tratar en este artículo. Sin embargo, las tecnologías madre son:
| Comparativa HBM | |||
|---|---|---|---|
| Especificaciones | HBM | HBM2 | HBM3 |
| Densidad por troquel | 2 GB | 8 GB | 16 GB |
| Velocidad máxima por pin | 1 Gbps | 2 Gbps | 6.4 Gbps |
| Nº de chips apilados | 4 | 2/4/8 | 4/8/12/16 |
| Ancho de banda por chip | 128 GB/s | 256 GB/s | 819 GB/s |
| E/S interface | CMOS | CMOS | Interfaz de bajo voltaje |
| Consumo | Menor que la GDDR5 y GDDR5X | Menor que la HBM | Inferior a la HBM2 |
| Fabricantes | Hynix, y Samsung | Samsung y Hynix | Samsung, Hynix,… |
| Apariencia | Cubo | Cubo | Cubo |
| Usado en estos modelos de tarjetas gráficas | Radeon R9, Fury X, Radeon Pro Duo | Nvidia Tesla P100, Nvidia Quadro GP100, Radeon Rx Vega 56, Radeon Rx Vega 64, Nvidia Titan V, AMD Radeon VII | — |
Por otro lado, surgieron revisiones E (Extended) algunas generaciones, como la HBM2E o la actual HBM3E. Estas versiones no son más que mejoras que más adelante detallaremos.
También existen otras como la HBMnext preentada por Micron en 2020 y que originalmente se propuso como estándar HBM3. O la HBM-PIM, creada por Samsung y anunciada en 2021 con Processing In Memory, es decir, agregar chips lógicos a la pila HBM para poder aumentar el procesamiento de datos a gran escala.
Ventajas
Como mencioné anteriormente, la tecnología HBM presenta varias ventajas significativas en comparación con otras tecnologías de memoria, como la SDRAM GDDR utilizada en los módulos de memoria RAM convencionales, así como la GDDR utilizada en las VRAM de las tarjetas gráficas. Algunas de las ventajas destacadas incluyen:
- Alto ancho de banda: la tecnología HBM ofrece una capacidad de transferencia de datos excepcionalmente alta, lo que permite un acceso rápido entre la memoria y el procesador (CPU, GPU, NPU, etc.). Esto se traduce en un rendimiento mejorado en aplicaciones que requieren un procesamiento ágil de grandes volúmenes de datos, como los videojuegos de mundo abierto, el renderizado de gráficos en tiempo real y tareas de inteligencia artificial.
- Eficiencia energética: se ha diseñado para lograr una mayor eficiencia energética en comparación con otras tecnologías de memoria. Esto se logra mediante la reducción de la longitud de las interconexiones y el aprovechamiento de la estructura apilada, lo que contribuye a un consumo de energía más eficiente.
- Mayor densidad: mediante el enfoque de apilamiento vertical, la memoria HBM permite aumentar la capacidad de almacenamiento en relación con la superficie ocupada por el empaquetado. Esto resulta especialmente beneficioso en entornos con limitaciones de espacio, ya que se puede lograr una mayor capacidad de almacenamiento en una superficie más reducida. Es similar a la diferencia entre construir casas y construir rascacielos, donde los rascacielos ofrecen una mayor capacidad de almacenamiento por unidad de superficie.
- Baja latencia: gracias a su arquitectura apilada y la proximidad física de los componentes, la memoria HBM puede ofrecer una menor latencia de acceso a los datos en comparación con tecnologías como la DDR. Esto permite un acceso más rápido a los datos almacenados, lo que mejora el rendimiento en aplicaciones sensibles a la latencia.
Desventajas
Por supuesto, la HBM también tiene sus desventajas:
- Mayores costes de fabricación: en comparación con otras tecnologías de memoria, la memoria HBM tiende a ser más costosa de fabricar debido a su sistema de apilamiento de múltiples chips. Esto implica la fabricación de varios chips de memoria, así como el proceso adicional de alinearlos y conectarlos mediante TSV (Through-Silicon Vias), lo que aumenta los costos de producción.
- Capacidad limitada: cada pila de memoria en la tecnología HBM generalmente tiene una capacidad de almacenamiento más reducida en comparación con las tecnologías de memoria tradicionales. Esto puede ser una limitación en aplicaciones que requieren una gran cantidad de memoria. Debido a estos factores, hasta el momento la memoria HBM no ha podido reemplazar completamente las tecnologías como la GDDR o la RAM DDR convencional.
Aplicaciones de la HBM
La memoria HBMse utiliza en una variedad de aplicaciones que requieren un rendimiento de memoria y ancho de banda excepcionales. Algunas de las principales aplicaciones de la memoria HBM incluyen:
- Tarjetas gráficas de alto rendimiento: se utiliza en tarjetas gráficas de gama alta, como las AMD Radeon Fury, para proporcionar un ancho de banda de memoria extremadamente alto y un rendimiento óptimo en aplicaciones de juegos y renderizado de gráficos en tiempo real.
- Supercomputadoras y centros de datos: se emplea en sistemas de supercomputación y centros de datos para tareas de alto rendimiento, como el análisis de datos a gran escala, la inteligencia artificial y el aprendizaje automático. La alta velocidad y el ancho de banda de la memoria HBM permiten un acceso rápido a grandes conjuntos de datos, acelerando así los cálculos y la capacidad de procesamiento.
- Dispositivos de realidad virtual y aumentada: se utiliza en dispositivos de realidad virtual y aumentada para garantizar una representación visual y una experiencia inmersiva fluidas. La alta velocidad de la memoria HBM permite un rápido acceso a los datos visuales necesarios para la renderización en tiempo real de entornos virtuales complejos.
- Sistemas de inteligencia artificial y aprendizaje automático: es esencial en aplicaciones de inteligencia artificial y aprendizaje automático, donde se requiere un alto rendimiento de memoria para el procesamiento rápido de grandes conjuntos de datos y modelos de aprendizaje profundo.
HBM vs SDRAM: diferencias
Además de las disparidades en términos de ancho de banda, rendimiento y eficiencia, que son notablemente superiores en la memoria HBM, también hay otras diferencias fundamentales con la SDRAM DDR convencional, a pesar de que ambas se basan en celdas DRAM. ¿Cuál es la distinción clave entonces? La respuesta es bastante simple: la SDRAM DDR utiliza un diseño de celdas DRAM en un plano 2D, mientras que la HBM emplea una configuración en la que múltiples capas de celdas DRAM en 2D se apilan una encima de otra y se interconectan mediante TSV (Through-Silicon Vias).
HBM3E: una HBM3 mejorada
Tras la introducción de la tecnología HBM3, ahora nos llega una extensión denominada HBM3E o HBM3e, que ofrece mejoras significativas respecto a su predecesora. Aunque inicialmente estas memorias están destinadas al ámbito de la computación de alto rendimiento (HPC), existe la posibilidad de que en el futuro lleguen también al mercado de consumo, incluyendo las tarjetas gráficas.
La nueva tecnología HBM3E presenta una velocidad de transferencia de hasta 8 Gbps, lo que supone un aumento del rendimiento del 25% en comparación con la HBM3 que alcanza los 6.4 Gbps. Esto implica una mejora significativa de hasta 8 veces en términos de rendimiento para la HBM.
Además, HBM3E también es más eficiente en términos de consumo de energía, con mejoras de aproximadamente el 20% en eficiencia energética. Esta mejora en la eficiencia energética es un avance importante que beneficia tanto a los sistemas de alto rendimiento como a los consumidores en general.
Actualmente, se estima que la tecnología HBM3E podría estar disponible en el mercado en 2024, aunque algunos fabricantes ya están llevando a cabo experimentos con ella. Aunque todavía no se conocen los productos específicos que la incorporarán, se espera que estén orientados principalmente al ámbito del cómputo de alto rendimiento (HPC), como mencioné anteriormente. En cuanto al precio, por el momento sigue siendo un misterio y no se han revelado detalles al respecto.
