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比年来，因为AI芯片的火热，HBM四肢当中一个中枢组件彩票炸金花，在比年来的眷注热度情随事迁。对于HBM手艺的细节，不错参考半导体行业不雅察之前的著作《存储巨头竞逐HBM》。在本文中，咱们将总结HBM的崛起故事，匡助巨匠了解这个高带宽内存的前世今生。

以下为著作正文：

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2015年6月17日，AMD中国在北京望京召开垦布会。

这场发布会上，媒体的眼神全靠拢在某款重磅家具之上，它即是全新的Radeon R9 Fury X显卡，其继承代号为Fiji XT（斐济群岛）的28nm制程GPU中枢，继承4GB HBM堆叠显存，领有64个计较单位（CU）、4096个GCN架构流处理器（SP)，中枢频率为1050MHz，单精度浮点性能达到了8.6TFlops，而HBM显存领有4096 bit带宽，等效频率1Ghz，显存总带宽达到了512GB/S，除了显存容量外，各项成立无愧于旗舰之名。

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虽说这是HBM显存初次亮相，但AMD早已调和SK海力士等厂商潜心研发多年，而Fury X四肢首款搭载HBM的显卡，天然会被AMD委用厚望。

时任AMD CEO的苏姿丰示意，HBM继承堆叠式想象齐备有储速率的晋升，大幅改换了GPU逻辑结构想象，DRAM颗粒由“平房想象”改为“楼房想象”，是以HBM显存大约带来远远超越面前GDDR5所大约提供的带宽上限，其将率先应用于高端PC阛阓，和英伟达（NVIDIA）张开新一轮的竞争。

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针对R9 Fury X仅有4GB显存，而R9 290X新版块却配备了8GB GDDR5显存这一问题，AMD作事群CTO Joe Macri还特等复兴示意，显存容量其实并不是问题，GDDR5不错作念到很大，但也有着很严重的蚀本，其实有好多空间都未取得充分利用，AMD改日会深切权衡如何更高后果地利用这4GB HBM显存。

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八年多期间昔日了，AMD官网上挂着的RX 7000系列全部继承GDDR6显存，当初辛贫清贫和海力士配合多年才得来的HBM显存早已不见踪迹，唯一用于AI计较的加快卡还残留着当初的高亢兴盛。

而也曾的敌手英伟达，用A100和H100两块显卡，自尊拿下了万亿好意思元的市值，坐稳了AI时期的宝座，而它们用的显存，恰是AMD当初力推的HBM。

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期间再倒回2015年，AMD作事群CTO Joe Macri在纽约分析师大会上，接受了媒体的专访，针对初次落地应用的HBM作念了一系列回答。

Macri示意，AMD自2009年运行，就还是入部属手HBM的研发职责，在长达7年的期间里，AMD与SK海力士在内的广漠业界伙伴一都完成了HBM的最终落地。

他起初谈到了HBM显存的必要性，2015年主流的显存规格是GDDR5，历程多年的使用和发展还是插足了瓶颈期，遑急需要新的替代手艺，肤浅来讲，即是GPU的功耗不可能往往止地增长下去，越来越大的高规格显存正在挤压GPU中枢的功耗空间，以前一张卡就200W功耗，显存分到30W，而之后的大容量显存却情随事迁，60W、70W、80W……再加上中枢的晋升，一张显卡时时有五六百瓦的功耗，也难怪被称之为核弹卡。

Macri以为，显存濒临的要道问题即是显存带宽，它却决于显存的位宽和频率，位宽都是GPU决定的，太高了会严重增大GPU芯单方面积和功耗，是以高端显卡一直停留在384/512位。同期，GDDR5的频率还是超越7GHz，晋升空间不大了。另外，GDDR5(包括以前的显存)都濒临着“占大地积”的问题。一大堆显存颗粒围绕在GPU芯片周围，这还是是固定模式，GDDR5再如何缩小也无法改换，而且还是不可能再持续大幅度缩小了。

即使在今天来看，AMD这番对于显卡功耗的话也挑不出什么纰谬，GDDR5的频率照实到了上限，而功耗问题也一直困扰着厂商和铺张者，英伟达最新的RTX 40系显卡为了缩减功耗和资本，就对显存位宽开了刀，功耗倒是小了，然则跑高分辨率游戏又变得不利索了。

事实上，行业内大部分东说念主都以为GDDR还是不可了到头了，但如故持着鼻子持续用，因为巨匠的共鸣是，老练且逾期的手艺总比先进但不可靠的手艺好，唯一AMD透澈改换了念念路，毕竟这家公司从降生起，就不缺少改换的勇气。

勇气是有了，不外AMD大约在显存上改良，如故极猛进程上受到了大洋此岸日本的启发。

1999年，日本超顶端电子手艺开垦机构（ASET）运行资助继承TSV手艺开垦的3D IC芯片，该方法名为“高密度电子系统集成手艺研发”；2004年，尔必达运行研发TSV手艺，同期接受了来自日本政府的新动力与产业手艺开垦组织(NEDO)的资助；2006年，尔必达与NEC、OKI共同开垦出继承TSV手艺的堆栈8颗128Mb的DRAM架构……

什么是TSV呢？TSV全称为Through Silicon Via，是一种新式三维堆叠封装手艺，主若是将多颗芯片(或者晶圆)垂直堆叠在一都，然后在里面打孔、导通并填充金属，齐备多层芯片之间的电衔尾。比拟于传统的引线衔尾多芯片封装神态，TSV大约大大减少半导体想象中的引线使用量，裁汰工艺复杂度，从而晋升速率、裁汰功耗、缩小体积。

这项手艺不光能应用于DRAM领域，在NAND和CIS上也有开阔的远景，其最早即是在闪存上得以膨胀：东芝在2007 年 4 月推出了具有 8 个堆叠芯片的 NAND 闪存芯片，随后海力士又在 2007 年 9 月推出了具有 24 个堆叠芯片的 NAND 闪存芯片。

2009年，尔必达文书已顺利开垦业内第一款TSV DRAM芯片，其使用8颗1GB DDR3 SDRAM堆叠封装而来，并在2011年6月运行托福样品，TSV手艺认真走上内存这个大舞台。

紧随其后的是韩国与好意思国厂商，2011年3月，SK海力士文书继承TSV手艺的16GB DDR3内存（40nm级）研发顺利， 9月，三星电子推出基于TSV手艺的3D堆叠32GB DDR3（30nm级），10月，三星电子和好意思光科技调和文书推出基于 TSV 手艺的羼杂内存立方(HMC) 手艺。

AMD在收购ATI后，就还是打起了显存的主意，但想要从新研发全新的显存尺度，光靠我方的GPU部门闭门觅句显然是不够的，于是AMD拉来了几个至关首要的配结伴伴：有3D 堆叠内存资历的韩厂海力士，作念硅中介层的联电，以及负责封装测试的日蟾光和Amkor。

HBM应时而生，前边提到了GDDR堕入到了内存带宽和功耗限度的瓶颈，而HBM的念念路，即是用TSV手艺打造立体堆栈式的显存颗粒，让“平房”进化为“楼房”，同期通过硅中介层，让显存衔尾至GPU中枢，并封装在一都，完成显存位宽和传输速率的晋升，可谓是一举两得。

2013年，历程多年研发后，AMD和SK海力士终于推出了HBM这项全新手艺，还被定为了JESD235行业尺度，HBM1的职责频率约为1600 Mbps，漏极电源电压为1.2V，芯片密度为2Gb（4-hi），其带宽为4096bit，远超GDDR5的512bit。

除了带宽外，HBM对DRAM能耗的影响雷同首要，同期期的 R9 290X在DRAM上破耗了其250W额定功耗的15-20%，即大要38-50W的功耗，算下来GDDR5每瓦功耗的带宽为10.66GB/秒，而HBM每瓦带宽超越35GB/秒，每瓦能效提高了3倍。

此外，由于GPU中枢和显存封装在了一都，还能一定进程上放松散热的压力，原来是一大片的散热区域，浓缩至一小块，散热仅需针对这部分区域，原来动辄三电扇的想象，不错精简为双电扇以致是单电扇，变相缩小了显卡的体积。

归正公正多得数不澄澈，不管是AMD和SK海力士，如故媒体和广漠玩家，都认定了这才是改日的显存，英伟达主导的GDDR已历程时了，要被扫进历史的垃圾堆了。

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坏处嘛，前文中提到的旗舰显卡仅撑持4GB显存算一个，毕竟高带宽是用来跑高分辨率的，扫尾显存大小缩水平直让HBM失去了本色应宅心旨。

而价钱更是压倒AMD的临了一根稻草：HBM1的资本已不可考，但8GB HBM2的资本约150好意思元，硅中介层资本约25好意思元，估计175好意思元，同期期的8GB GDDR5仅需52好意思元，在莫得探求封测的情况下，HBM资本还是是GDDR的三倍摆布，一张RX Vega 56零卖价才400好意思元，一半的资本都花在了显存之上，GPU部门本来是要补贴CPU部门的，扫尾当今情况却要反过来，谁又能担戴得起呢？

因而AMD火速取消了后续显卡的HBM显存搭载筹议，老淳雄厚随着英伟达的标准走了，在RX 5000系列上平直改用了GDDR6显存，HBM在AMD的游戏显卡上二世而一火。

反不雅英伟达，却是以逸击劳，2016年4月，英伟达发布了Tesla P100显卡，内置16GB HBM2显存，带宽可达720GB/s，具备21 Teraflops的峰值东说念主工智能运算性能。

英伟达在HBM上并未像AMD一样深耕多年，如何短暂反手即是一张搭载了HBM2的显卡，对AMD发起了反攻的军号呢？

背后的原因其实还颇有些复杂，Tesla P100显卡所用的HBM2显存，并非来自于AMD的配结伴伴SK海力士，而是近邻的三星电子，雷同是韩厂的它，在基于TSV手艺的3D堆叠内存方面的开垦并不逊色于海力士若干，在艰苦奋斗的情况下，很快就缩小了差距，而英伟达正有开垦HBM相关显卡之意，二者一拍即合。

至于AMD与联电、日蟾光、Amkor等好抵制易处分的硅中介层与2.5D封测，英伟达则是找到了业界的另一个大佬——台积电，看上了它旗下的先进封装手艺CoWoS（Chip-on-Wafer-on-Substrate），其早在2011年就推出了这项手艺，并在2012年起初应用于Xilinx的FPGA上，二者雷同是一拍即合。

此后的故事无需赘言，英伟达从P100到V100，从A100再到H100，连气儿数张高算力的显卡险些成为了AI熟谙中的必备利器，出货量节节攀升，以致超越了传统的游戏显卡业务，而HBM也在其中大放光彩，成为了嵌入着的最细心的一颗坚持。

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起了个大早，赶了个晚集，是对AMD在HBM上的最佳轮廓，既莫得凭借HBM在游戏显卡阛阓中反杀英伟达，反而被英伟达利用HBM安稳了AI计较领域的地位，白白被别东说念主摘了熟透甜好意思的桃子。

三家天职存

在AMD和英伟达这两家GPU厂商争锋相对之际，三家最初的内存厂商也没闲着，运行了在HBM阛阓的你追我赶的历程。

2013年，SK海力士文书顺利研发HBM1，界说了这一显存尺度，但它和AMD一样，好抵制易得来的上风却没保持得太久.

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2016年1月，三星文书运行量产4GB HBM2 DRAM，并在吞并年内坐褥8GB HBM2 DRAM，自后者居上，完成了对本国同业的赶超，与HBM1比拟，显存带宽齐备了翻倍。

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2017年下半年，SK海力士的HBM2缓不救急，终于文书量产；2018年1月，三星文书运行量产第二代8GB HBM2“Aquabolt”。

2018年末，JEDEC推出HBM2E标准，以撑持增多的带宽和容量。当传输速率高潮到每管脚3.6Gbps时，HBM2E不错齐备每堆栈461GB/s的内存带宽。此外，HBM2E撑持最多12个DRAM的堆栈，内存容量高达每堆栈24GB。与HBM2比拟，HBM2E具有手艺更先进、应用范围更平日、速率更快、容量更大等特色。

2019年8月，SK海力士文书顺利研发出新一代“HBM2E”；2020年2月，三星也认真文书推出其16GB HBM2E家具“Flashbolt”，于2020年上半年运行量产。

2022年1月，JEDEC组织认真发布了新一代高带宽内存HBM3的尺度标准，持续在存储密度、带宽、通说念、可靠性、能效等各个层面进行推论升级，其传输数据率在HBM2基础上再次翻番，每个引脚的传输率为6.4Gbps，配合1024-bit位宽，单颗最高带宽可达819GB/s。

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而SK海力士早在2021年10月就发布了全球首款HBM3，并于2022年6月认真量产，供货英伟达，打败了三星，再度于HBM上拿到了手艺和阛阓上风。

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三星天然也出头出头，在它发布的门道图中，2022年HBM3手艺还是量产，2023年下半年运行大界限坐褥，展望2024年齐备接口速率高达7.2Gbps的下一代HBM手艺——HBM3p，将数据传输率进一步晋升10%，从而将堆叠的总带宽晋升到5TB/s以上。

讲到这里，巨匠难免会心生疑问，都说了是三家天职存，这三星和海力士加一块就两家啊，还都是韩国的，另外一家跑哪去了呢？

身在好意思国的好意思光天然莫得忽视显存阛阓，四肢尔必达的收购者，它对于3D堆叠的TSV手艺如何也不会生分，以致在HBM发布之前，还有不少TSV手艺方面的上风。

然则好意思光却没随着AMD或英伟达去饱读捣HBM手艺，而是回头选择了英特尔，搞出了HMC（羼杂内存）手艺，诚然也使用了TSV，但它有我方的限度器芯片，而况都备封装在PCB基板之上，和HBM人大不同，也都备不兼容。

2011年9月，好意思光认真文书了第一代HMC，并在2013年9月量产了第二代HMC，但反馈者却稀稀拉拉，第一个继承 HMC 内存的处理器是富士通的SPARC64 XIfx，其搭载于2015 年推出的富士通PRIMEHPC FX100 超算，尔后就鲜见于各种家具中。

随着2018年8月，好意思光文书认真废弃HMC后，才匆急促忙转向GDDR6和HBM家具的研发，幸好3D堆叠手艺的基础底细还在那处，不至于说都备逾期于两个韩厂。2020年，好意思光认真示意将运行提供HBM2家具，用于高性能显卡，职业器处理器等家具，其在财报中展望，将在2024年第一季度量产HBM3家具，最终赶上目下最初的竞争敌手。

AI大潮仍然席卷全球，而英伟达H100和A100显卡依旧火热，HBM四肢内存阛阓的新蛋糕，却是最鲜好意思的一块。芯片行业筹议公司 SemiAnalysis 示意，HBM 的价钱大要是尺度 DRAM 芯片的五倍，为制造商带来了更大的总利润。目下，HBM 占全球内存收入的比例不到 5%，但 SemiAnalysis 方法展望到 2026 年将占到总收入的 20% 以上。

这块鲜好意思的蛋糕大部分留给了先驱，集邦筹议走访显现，2022年三大原厂HBM市占率区分为SK海力士50%、三星约40%、好意思光约10%，十成里面占一成，好意思光自认为家具不逊于韩厂，但阛阓却从不会为某个自恃手艺最初的厂商宽洪海量。

总结

当初尔必达的坂本幸雄认为日本半导体输东说念主不输阵，时任好意思光CEO莫罗特亚在接受采访时也示意，AI 领域不光有 HBM，还包含高密度 DDR5、好意思光定制LP DRAM以及一部分图形内存，轮廓来说，即是输了HBM但还没在AI上认输。

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倘若让这俩CEO总结失败的教化，或许只可发出一句“时也，命也，运也，非吾之所能也”之泪的叹气吧，输天然是不可能输的，好意思光和尔必达即使倒闭也不会说手艺不可，把谬误懊恼于阛阓，落了个伶仃自尊。

再回过甚来看，AMD 在2015年发布R9 Fury X时的判断错了吗？天然没错，内存带宽的着实确到了瓶颈，从GDDR5到GDDR6X险些莫得越过，但在游戏显卡，不错继承大型缓存四肢帧缓冲区，让资本较低的GDDR接着开赴，但数据中心和AI加快卡的带宽问题却非HBM不可，资本在这一领域反倒成了最不起眼的问题。

如今AMD调转船头，再战AI领域，但愿HBM能让他们在这个阛阓升起。

本文作家：邵逸琦彩票炸金花，源流：半导体行业不雅察，原文标题：《HBM的崛起！》

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