JEDEC（固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)）近期正式發(fā)布了HMB4標(biāo)準(zhǔn)。作為HBM3的升級(jí)版，HMB4進(jìn)一步提升了數(shù)據(jù)處理速率，同時(shí)保持更高帶寬、更高能效及每顆芯片/堆疊的容量等基本特征。隨著AI模型和HPC高性能計(jì)算對(duì)更高帶寬和更大容量?jī)?nèi)存技術(shù)需求不斷增長(zhǎng)，HBM4標(biāo)準(zhǔn)的推出將滿(mǎn)足這些需求。SK海力士、三星和美光等內(nèi)存廠商也將加速推出HBM4產(chǎn)品。
推進(jìn)HBM4開(kāi)發(fā)與量產(chǎn)
HBM4標(biāo)準(zhǔn)在帶寬、通道數(shù)、功耗、容量等多方面都進(jìn)行了改進(jìn)。首先是帶寬上的增加，通過(guò)2048bit接口提供高達(dá)8Gb/s的傳輸速度，總帶寬提高至2TB/s。另一個(gè)重要升級(jí)是每個(gè)堆疊的獨(dú)立通道數(shù)加倍，從16個(gè)通道（HBM3）增加到32個(gè)通道，每個(gè)通道包含2個(gè)偽通道。這為設(shè)計(jì)人員提供了更大的靈活性。
其次是容量上的提升。HBM4支持4層、8層、12層和16層DRAM堆棧。這些芯片密度可達(dá)24Gb或32Gb，可提供64GB（32Gb 16高）的更高立方體密度。
在能效提升方面，HBM4對(duì)一系列供應(yīng)商特定電壓給予支持，包括0.7V、0.75V、0.8V或0.9V的VDDQ（數(shù)據(jù)輸出緩沖器電壓）選項(xiàng)，以及1.0V或1.05V的VDDC（供應(yīng)芯片核心電壓）選項(xiàng)。這些調(diào)整有助于降低功耗并提高不同系統(tǒng)需求下的能效。
HBM4還與現(xiàn)有HBM3控制器兼容性，允許在各種應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成和靈活性，并允許單個(gè)控制器在需要時(shí)與HBM3和HBM4配合使用。HBM4還集成定向刷新管理（DRFM），可增強(qiáng)行錘緩解（row-hammer）能力，并支持更強(qiáng)大的可靠性、可用性和可維護(hù)性功能（RAS）。
HBM4標(biāo)準(zhǔn)的正式落地，將推進(jìn)HBM4的開(kāi)發(fā)與量產(chǎn)。IDTechEx高級(jí)技術(shù)分析師Shababa Selim表示，HPC和AI工作負(fù)載經(jīng)常會(huì)因?yàn)閮?nèi)存瓶頸而限制性能，這是因?yàn)镃PU、GPU和其他AI加速器等處理器性能的發(fā)展超過(guò)了內(nèi)存性能的發(fā)展。HBM是這類(lèi)并行計(jì)算機(jī)架構(gòu)的關(guān)鍵推動(dòng)因素，許多GPU和加速器都使用HBM進(jìn)行并行工作負(fù)載處理。
Selim表示，HBM的高帶寬使其能夠同時(shí)處理來(lái)自不同核心的多個(gè)內(nèi)存請(qǐng)求，這對(duì)于GPU和加速器至關(guān)重要。根據(jù)IDTechEx的最新報(bào)告，預(yù)計(jì)到2035年HPC的HBM單位銷(xiāo)量將比2024年增長(zhǎng)15倍。
事實(shí)上，盡管HBM4標(biāo)準(zhǔn)剛于前不久正式發(fā)布，但相關(guān)廠商早在2024年已經(jīng)展開(kāi)樣品的測(cè)試和設(shè)計(jì)。這是因?yàn)檫@些頭部廠商都深度參與到JEDEC標(biāo)準(zhǔn)的制定當(dāng)中，使其提前掌握技術(shù)方向，如三星在2024年就完成了16層混合鍵合堆疊驗(yàn)證。此外，英偉達(dá)、AMD等AI芯片廠商也需提前驗(yàn)證內(nèi)存性能。
三大廠競(jìng)逐加劇
三星、SK海力士和美光都對(duì)HBM4給予了高度關(guān)注。HBM4標(biāo)準(zhǔn)的正式發(fā)布也加劇了三大內(nèi)存制造商在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與量產(chǎn)上的競(jìng)逐。
在HBM上，SK海力士占得頭籌。其計(jì)劃今年下半年開(kāi)始生產(chǎn)HBM4 12Hi。據(jù)報(bào)道，HBM4 12Hi將搭載于英偉達(dá)下一代“Rubin”系列處理器中。目前，SK海力士已向英偉達(dá)供應(yīng)HBM3E 12Hi，并已提供HBM4 12Hi樣品。
SK海力士強(qiáng)調(diào)：“以引領(lǐng)HBM市場(chǎng)的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，能夠比原計(jì)劃提早實(shí)現(xiàn)HBM4 12Hi的樣品出貨，并已開(kāi)始與客戶(hù)的驗(yàn)證流程。公司將在下半年完成量產(chǎn)準(zhǔn)備，由此鞏固在面向AI的新一代存儲(chǔ)器市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)地位?！?/p>
據(jù)韓媒報(bào)道，SK海力士已將HBM 4的測(cè)試良率提升至70%。測(cè)試產(chǎn)量是未來(lái)實(shí)際產(chǎn)量的指標(biāo)，高測(cè)試良率可以確保進(jìn)入實(shí)際量產(chǎn)時(shí)的生產(chǎn)效率。有業(yè)內(nèi)人士評(píng)價(jià)稱(chēng)，“測(cè)試良率達(dá)到70%是一個(gè)非常好的成績(jī)，量產(chǎn)后良率還可以進(jìn)一步提升?！?/p>
三星電子在HBM3E市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中落后于SK海力士，目前寄望于在HBM4上扭轉(zhuǎn)劣勢(shì)。三星芯片業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人全永鉉表示，三星計(jì)劃最早在今年第二季度供應(yīng)HBM3E 12Hi，并計(jì)劃在下半年生產(chǎn)HBM4芯片。
現(xiàn)在，三星電子將HBM4業(yè)務(wù)的重點(diǎn)放在了正在開(kāi)發(fā)的10?級(jí)第6代（1c）DRAM上，計(jì)劃在HBM4 12Hi產(chǎn)品中配備1c DRAM和邏輯芯片。如果能夠穩(wěn)步量產(chǎn)1c DRAM，有望在HBM4的產(chǎn)品性能上取得優(yōu)勢(shì)。SK海力士的HBM4配備的是1b DRAM。
美光則計(jì)劃于2026 年量產(chǎn)上市HBM4。在2025財(cái)年第二季度財(cái)報(bào)電話(huà)會(huì)議上，美光總裁兼首席執(zhí)行官Sanjay Mehrotra宣布這項(xiàng)計(jì)劃。他表示，與HBM3E相比，美光的HBM4可將帶寬提高60%以上。
PCIe 7.0、NVMe 2.1規(guī)范持續(xù)推進(jìn)
JEDEC組織制訂的其他存儲(chǔ)芯片相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，如PCI-SIG、NVMe等也值得關(guān)注，對(duì)存儲(chǔ)芯片的技術(shù)發(fā)展與落地有很大的作用。
在PCI-SIG標(biāo)準(zhǔn)方面，隨著PCIe 5.0/6.0等高速接口的推出，存儲(chǔ)芯片的數(shù)據(jù)傳輸速度將得到顯著提升，這將對(duì)SSD主控芯片的性能提出更高的要求，推動(dòng)SSD主控芯片產(chǎn)業(yè)向高性能方向發(fā)展。相比于 PCIe 6.0 規(guī)范，PCIe 7.0 規(guī)范的數(shù)據(jù)傳輸速率將再次倍增，達(dá)到 128 GT/s，大幅度高于 PCIe 6.0 的 64 GT/s 和 PCIe 5.0 的 32 GT/s。但PCIe 6.0/7.0 規(guī)范部署有所延遲。PCIe 6.0 深度一致性測(cè)試將于 2025 年啟動(dòng)，PCIe 7.0 的最終規(guī)格仍計(jì)劃于 2025 年發(fā)布，但相應(yīng)的 Live Compliance 計(jì)劃已推遲到 2028 年。
NVMe是一種基于PCIe總線(xiàn)的高性能存儲(chǔ)協(xié)議，專(zhuān)為基于PCIe總線(xiàn)的固態(tài)硬盤(pán)設(shè)計(jì)。NVMexpress組織在2024年8月7日宣布了三個(gè)新規(guī)格和八個(gè)更新規(guī)格的發(fā)布。新規(guī)格包括NVMe Boot規(guī)范、子系統(tǒng)本地內(nèi)存命令集和計(jì)算程序命令集。更新內(nèi)容則涵蓋了NVMe 2.1基礎(chǔ)規(guī)范、命令集規(guī)范（NVM命令集、ZNS命令集、鍵值命令集）、傳輸規(guī)范（PCIe傳輸、FC傳輸、RDMA傳輸和TCP傳輸）以及NVMe管理接口規(guī)范。這些更新和新規(guī)格旨在簡(jiǎn)化NVMe架構(gòu)的開(kāi)發(fā)流程，同時(shí)引入了適應(yīng)現(xiàn)代計(jì)算環(huán)境的新功能，并且進(jìn)一步加強(qiáng)了跨所有主要傳輸協(xié)議的NVMe技術(shù)支持。
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