HBMの基本

High Bandwidth Memory (HBM, ハイバンドメモリ)は、複数のDRAMダイを垂直方向に積み重ね、シリコン・インターポーザを介してそれらを互いに接続することで、高い帯域幅と低い消費電力を実現するメモリ技術です。HBMは主にグラフィックカードや高性能コンピューティングアプリケーションで使用されます。

HBMの構造

1. スタックDRAMダイ:

   • HBMは通常、4つまたは8つのDRAMダイを積み重ねて構成されます。これにより、同じフットプリントでより多くのメモリ容量を提供します。

   • 各ダイはスルーシリコンビア（TSV）と呼ばれる垂直接続を介して互いに接続されています。これにより、高速なデータ転送が可能になります。

2. シリコン・インターポーザ:

   • HBMスタックとプロセッサ（GPUやCPU）を接続するために使用されます。シリコン・インターポーザは、非常に細かい配線を持ち、信号の遅延を最小限に抑えます。

   • インターポーザ上には数千本のマイクロバンプがあり、これがHBMとプロセッサ間の高帯域幅通信を実現します。

3. コントローラー:

   • メモリコントローラーはプロセッサの一部として統合されていることが多く、HBMの動作を管理します。これはデータの読み書き、リフレッシュ、エラー訂正などの機能を担当します。

   • HBMは通常、複数のチャンネルを持ち、それぞれのチャンネルは独立してデータを転送できます。これにより、並列処理が可能になり、帯域幅が大幅に向上します。

コントローラーとメモリの関係

• チャンネルアーキテクチャ:

  • HBMは複数の独立したチャンネルで構成され、各チャンネルは独自のコントローラーを持っています。これにより、複数のデータストリームが同時に処理されるため、高いスループットが実現されます。

  • 各チャンネルは一般的に128ビットの幅を持ち、全体として広いデータバス幅を提供します。

• メモリコントローラーの機能:

  • メモリコントローラーはデータの読み書き命令を管理し、適切なDRAMセルにアクセスします。

  • 高速なキャッシュのような役割を果たし、プロセッサからのデータ要求に迅速に応答します。

  • エラー訂正コード（ECC）を使用してデータの整合性を保ちます。

• プロセッサとの連携:

  • HBMはプロセッサに非常に近い位置に配置され、物理的距離を最小限に抑えることで信号遅延を減少させます。

  • 高帯域幅と低レイテンシが要求されるタスク（例：グラフィックレンダリング、科学計算、AIモデルのトレーニング）において、プロセッサとHBM間の効率的なデータ転送が不可欠です。

このように、HBMの構造は高いデータ帯域幅と低い消費電力を実現するために設計されており、コントローラーとメモリの関係は、効率的で高速なデータアクセスを実現するために非常に重要な役割を果たしています。