¿Cómo implementará AMD la memoria HBM en las GPUs Fiji?

Un poco de historia

Allá por 2008, cuando parecía que NVIDIA copaba todo el mercado de GPUs y AMD estaba muy por detrás en el juego de rendimiento y eficiencia, la compañía saltó con una gran sorpresa: el chip RV770, el primero de la industria en incorporar memoria GDDR5, dejando la serie GeForce GTX 200 como ineficiente y devolviendo a AMD a la competencia.

La memoria GDDR5 ayudó a AMD a doblar el ancho de banda de memoria, con menos pines de contacto y menor número de chips de memoria necesarios, permitiendo a la compañía y sus socios fabricar tarjetas gráficas con menos componentes, lo que significaba más fáciles y menos costosas (dinero) de fabricar, y por lo tanto generando mayores márgenes de beneficios, los cuales sirvieron para investigar en el desarrollo de la serie Radeon HD 5000, todavía mejores que la anterior. Esto “obligó” a NVIDIA a actualizar su GeForce GTX 480, lanzando una versión con GDDR5 además de la ya existente con memoria DDR3.

Sin duda la implementación de la memoria GDDR5 en sus gráficas ayudó mucho a AMD a retomar el cauce y afianzar su posición en el mercado de tarjetas gráficas, si bien es cierto que NVIDIA no tardó mucho en seguir sus pasos.

La estrategia de lanzamientos de AMD

Desde la introducción de la arquitectura Graphics Core Next en 2012, AMD ha sido bastante “descuidada” en lo que a desarrollo de producto se refiere, y prueba de ello es que a día de hoy se considera que se ha “saltado” una generación con respecto a la competencia. La compañía ha venido lanzando un nuevo chip tope de gama cada 18-24 meses y parece haber adoptado una estrategia de lanzamientos en cascada y rebranding, de manera que la introducción de cada nuevo chip de gama alta relega el anterior a la gama media-alta, renombrándolo.

Es muy probable que la compañía siga esta misma estrategia para las próximas tarjetas gráficas Radeon 300 Series, introduciendo esencialmente el nuevo chip Fiji y empleando las actuales Radeon R9 290/290X como gama media de la generación.

En cualquier caso, tal y como sucedió cuando AMD introdujo el chip RV770, Fiji traerá consigo algo que segurament revolucionará de nuevo el sector de las tarjetas gráficas. Y ya conocéis el porqué: la memoria HBM (High Bandwidth Memory).

La memoria HBM

Hemos hablado largo y tendido de la memoria HBM así que no vamos a entrar en demasiados detalles. Lo que sí debéis saber es que el JEFEC está considerando utilizar la memoria HBM como nuevo estándar, y AMD será la primera compañía en fabricar un ASIC que la implemente dado que SK Hynix es el primero en fabricar estos chips de memoria y ha sido junto con quien ha trabajdo AMD en la creación de la memoria HBM.

HBM se ha creado como la solución a las limitaciones de memoria que a día de hoy ya sufre la GDDR5, ya que las aplicaciones y juegos de hoy en día cada vez demandan un ancho de banda y una cantidad de memoria mayor. A día de hoy, AMD todavía tiene la GPU con mayor ancho de banda del mercado, el chip Hawaii que de manera nativa soporta 320 Gb/s de ancho de banda de memoria, pero para llegar a eso la compañía ha tenido que utilizar 16 chips de memoria, que ocupan mucho espacio y consumen mucha energía.

Los fabricantes de GPUs todavía no han conseguido alcanzar velocidades superiores a los 1752 Mhz (relaes) con GDDR5, y se han visto obligados a utilizar métodos alternativos para aumentar el ancho de banda efectivo como compresión de memoria (propietarios), lo que definitivamente significa que la memoria GDDR5 ha llegado a su límite de rendimiento. Además como ya explicamos en el artículo sobre la memoria HBM, el crecimiento de consumo con respecto al incremento de rendimiento en la memoria GDDR5 no es lineal, sino que el consumo se dispara llegado a cierto punto. HBM soluciona esto.

Por lo tanto, la memoria HBM consigue su ancho de banda de memoria de una manera diferente a como lo hace la GDDR5. La interfaz es más ancha, y con velocidades de reloj más bajas logra un ancho de banda mucho mayor, dejando a su vez un amplio margen para aumentar éstas velocidades de reloj y por tanto lograr anchos de banda mayores.La primera generación de memoria HBM, que AMD implementará en su próxima generación de tarjetas gráficas, es capaz de enviar 1 Gbps por pin (comparado con los 7 Gbps de la GDDR5 más rápida), pero su bus de memoria es de 1024 bits (comparado con los 32 bit de GDDR5). Un chip de memoria HBM es básicamente cinco chips apilados (una base lógica y 4 chips de memoria), mientras que GDDR5 es un único chip.

La implementación de HBM

AMD implementará estos chips de memoria HBM en sus tarjetas gráficas sin “empaquetarlos” en recipientes cerámicos que se ubican fuera del “paquete” de la GPU y con intrincados hilos de conexión a ésta, sino que los chips HBM se ubicarán justo al lado del die de la GPU, dentro del propio paquete (lo que AMD ha llamado Interposer), de manera que el propio die de la GPU se conecta directamente a cuatro pilas de HBM, siendo todo el proceso de intercambio de información mucho más rápido y eficiente. El Interposer de AMD es probablemente lo más próximo a un bulbo raquídeo que ha creado el ser humano de manera artificial.

Dado que estas pilas de chips HBM están mucho más cerca de la GPU y el Interposer permite tener un bus extremadamente ancho, AMD ha logrado crear un bus de memoria de unos increíbles 4096 bits. Eso sí, dado que HBM solo envía 1 Gbps de información por pin, Fiji no tendrá ocho veces más ancho de banda de memoria que Hawaii (por poner un ejemplo), ya que según parece AMD configurará el reloj de la memoria a solo 500 Mhz en el chip Fiji, lo que se traduce en un ancho de banda de memoria de 512 Gb/s, 128 Gb/s por pila de memoria HBM. Como véis, aun siendo una velocidad baja, el ancho de banda es mucho mayor, dejando por ello un amplísimo margen de mejora. Además, éstos chips funcionan a solo 1.3V, que comparado con los 1.5V de la memoria GDDR5 se traduce en menos calor generado y menor consumo.

Las tarjetas gráficas con memoria HBM

Las posibles especificaciones de la próxima GPU de AMD siguen estando en entredicho ya que de momento solo se barajan rumores. Pero dejando eso de lado, lo que sí se sabe es que las gráficas basadas en Fiji tendrán un tamaño menor que las basadas en Hawaii. El die de la GPU será mayor, sí, pero al no tener chips de RAM difuminados por todo el PCB permitirá que éste sea de un tamaño mucho menor y con una disposición de componentes distinta a lo que estamos acostumbrados.

Esto significa por otro lado que las gráficas serán mucho más fáciles y baratas de fabricar para los ensambladores, si bien es cierto que también significa que AMD tendrá el control total sobre la cantidad de memoria e impedirá que veamos (de momento) modelos personalizados con más memoria. Sí que podrán cambiar el PCB, salidas de vídeo y por supuesto disipadores, pero los componentes principales y esenciales quedan ahora exclusivamente en las manos de AMD.

Por otro lado, ya no veremos gráficas de AMD con chips de memoria “baratos” fabricados por Elpida (muchos de ellos tenían mal optimizados los tiempos de la memoria, obligando a los fabricantes a solucionar este problema desde la BIOS de la gráfica), sino que todos serán chips de la más alta calidad fabricados por SK Hynix y totalmente optimizados para la GPU en cuestión.

Como bien sabéis, se espera que AMD presente de manera oficial estas nuevas tarjetas gráficas con chips Fiji en el E3 que tendrá lugar en la tercera semana de Junio, momento en el que saldremos de dudas y por fin podremos hablar de datos firmes.

Para terminar, destacar que como bien sabéis la próxima generación de NVIDIA, Pascal, contará ya con la segunda generación de memoria HBM. Sin duda toda la carne está en el asador y lo mejor está por llegar…