Блог

Блоги (Блог)

HBM4: Революция в области высокопропускной памяти

HBM4 (High Bandwidth Memory 4) — это новейшее поколение высокопропускной памяти, которое станет ключевой технологией для искусственного интеллекта, высокопроизводительных вычислений и центров обработки данных. В апреле 2025 года JEDEC официально утвердил стандарт JESD270-4 HBM4, который предлагает революционные улучшения в пропускной способности, энергоэффективности и емкости.

Технические характеристики и архитектура

Основные технические параметры

HBM4 представляет собой кардинальный скачок в развитии технологии памяти. Стандарт поддерживает скорость передачи данных до 8 Гбит/с на контакт через 2048-битный интерфейс, что обеспечивает общую пропускную способность до 2 ТБ/с на один стек. Это вдвое превышает ширину интерфейса по сравнению с HBM3, которая составляла 1024 бита.

Архитектурные инновации

HBM4 увеличивает количество независимых каналов с 16 (в HBM3) до 32 каналов на стек, каждый из которых разделен на два псевдоканала. Такая архитектура обеспечивает большее разделение памяти, снижает конфликты доступа и улучшает параллелизм обработки данных.

Технология поддерживает конфигурации стеков высотой от 4 до 16 уровней с использованием кристаллов DRAM плотностью 24 ГБ или 32 ГБ. Максимальная конфигурация (16-уровневый стек с кристаллами 32 ГБ) может обеспечить 64 ГБ на куб.

Производственные процессы и разработчики

Лидеры рынка

Три основных производителя ведут разработку HBM4: SK Hynix, Samsung и Micron. SK Hynix стал первой компанией, завершившей разработку HBM4 и готовой к массовому производству в 2025 году.

Технологические процессы

SK Hynix использует передовой MR-MUF (Mass Reflow Molded Underfill) процесс укладки и технологию 1b-нм (пятое поколение 10-нм технологии) для минимизации рисков в массовом производстве. Компания достигла скорости работы свыше 10 Гбит/с, превышая стандарт JEDEC.

Samsung разрабатывает HBM4 с использованием DRAM процесса 1c (на поколение опережающего) и 4-нанометровой технологии для логической микросхемы. Компания планирует начать массовое производство в конце 2025 года.

Micron фокусируется на энергоэффективности и масштабируемости, заявив о достижении 11 Гбит/с скорости и планирует начать массовое производство во втором квартале 2026 года.

Энергоэффективность и производительность

Улучшения в энергопотреблении

HBM4 демонстрирует значительные улучшения в энергоэффективности. По сравнению с HBM3, новое поколение обеспечивает улучшение энергоэффективности на 20-25% и на 40% по сравнению с предыдущим поколением.

Стандарт поддерживает гибкие параметры напряжения: VDDQ от 0,7В до 0,9В и VDDC от 1,0В до 1,05В, что позволяет производителям и системным дизайнерам балансировать между энергосбережением и производительностью.

Тепловое управление

HBM4 включает продвинутые системы теплового управления, включая динамические температурные датчики, распределенные по всему стеку памяти. Эти датчики обеспечивают данными интеллектуальные системы управления питанием, которые могут динамически регулировать паттерны доступа к памяти, частоту обновления и уровни напряжения.

Области применения

HBM4 найдет широкое применение в нескольких ключевых областях:

Искусственный интеллект: Обучение и инференс крупных языковых моделей требуют огромной пропускной способности памяти. HBM4 может повысить производительность AI-сервисов до 69% при одновременном снижении энергопотребления в центрах обработки данных.

Высокопроизводительные вычисления: Суперкомпьютеры и научные вычисления получат значительные преимущества от удвоенной пропускной способности HBM4.

Центры обработки данных: Процессоры и ускорители для центров данных смогут эффективнее обрабатывать большие объемы данных благодаря сочетанию емкости, пропускной способности и энергоэффективности HBM4.

Прогнозы рынка HBM4

По прогнозам TrendForce, к 2026 году поставки HBM превысят 30 миллиардов Гб, при этом доля HBM4 будет неуклонно расти. Ожидается, что во второй половине 2026 года HBM4 обгонит HBM3E в качестве основного стандарта.

Рынок высокопропускной памяти достиг 2,9 миллиарда долларов США в 2024 году и ожидается рост до 15,67 миллиарда долларов к 2032 году с совокупным ежегодным темпом роста 23,63%.

Совместимость и интеграция

Обратная совместимость

Одним из важных преимуществ HBM4 является обратная совместимость с контроллерами HBM3. Один контроллер памяти может работать с обеими технологиями, что упрощает переход и позволяет создавать более гибкие системные решения.

2.5D интеграция

HBM4 оптимизирована для 2.5D упаковки, где процессорный кристалл и HBM-кубы размещаются рядом на интерпоузере. Такой подход обеспечивает широкие шины данных и короткие соединения, что приводит к более высокой пропускной способности и меньшей задержке.

Надежность и функции RAS

HBM4 включает улучшенные функции надежности, доступности и обслуживаемости (RAS). Стандарт поддерживает направленное управление обновлением (DRFM) для снижения рисков row-hammer и расширенные функции коррекции ошибок.

Будущие перспективы

Дорожная карта развития

Исследователи из KAIST уже очертили планы развития четырех следующих поколений HBM (HBM5-HBM8) с пропускной способностью до 64 ТБ/с и стеками высотой до 24 уровней. HBM5 в 2029 году будет использовать иммерсионное охлаждение, а HBM7 и HBM8 — встроенные системы охлаждения.

Конкурентная ситуация

Ожидается, что конкуренция между поставщиками HBM4 будет интенсивной. Прогнозируемые доли рынка составляют: 50% для SK Hynix, 30% для Samsung Electronics и 20% для Micron. Однако острая нехватка предложения, наблюдавшаяся в 2024-2025 годах, должна разрешиться к 2026 году благодаря агрессивному выходу Samsung на рынок HBM4 и улучшению выходов продукции у всех производителей.

HBM4 представляет собой критически важную технологию для следующего поколения вычислительных систем, требующих экстремальной пропускной способности памяти в рамках строгих энергетических ограничений. Эта технология станет основой для развития искусственного интеллекта, высокопроизводительных вычислений и современных центров обработки данных в ближайшие годы.