La memoria gráfica del futuro: ¿en qué consiste la tecnología HBM de AMD?

Una solución más pequeña, rápida y eficiente que la actual GDDR5.

AMD ha presentado de forma oficial su solución de memoria gráfica de nueva generación, denominada HBM (High Bandwith Memory). Con un enorme aumento de velocidad respecto a la actual tecnología GDDR5, junto a una eficiencia energética y unas posibilidades de ahorro de espacio igualmente impresionantes, HBM llegará con las próximas tarjetas de gama alta de AMD, las cuales se pondrán a la venta en un par de meses.

La semana pasada asistimos a una presentación realizada por Joe Macri, el CTO de computación y gráficos en AMD. Una de las primeras cosas que comentó fue la razón por la cual se desarrolló HBM - específicamente como mientras las GPUs cada vez son más potentes, el actual sistema de memoria GDDR5 no se escala al mismo ritmo. Explicó que ya hay chips de 7gbps disponibles en el mercado y módulos de 8gbps en preparación, pero que esta tecnología no tiene mucho futuro: la cantidad de energía necesaria para aumentar el ancho de banda de la memoria no se escala de forma lineal, con lo cual cuanto más rápida es la memoria GDDR5, más consume. Las GPUs suelen tener un alto límite TDP (thermal design power), y para seguir avanzando no tiene sentido destinar grandes cantidades de energía al sistema de memoria, porque se consigue más dirigiéndola al núcleo de la GPU.

Resumiendo, el rendimiento de las GPUs está aumentando a un nivel que la GDDR5 no puede igualar, aumentando de forma potencial la probabilidad de que haya cuellos de botella en la memoria. Se necesita una nueva solución, y aquí es donde entra en juego HBM. A diferencia del sistema GDDR5, en el que se sueldan módulos individuales a la placa y éstos se conectan al controlador de memoria de la GPU, HBM ofrece una solución mucho más elegante. Los módulos individuales se apilan uno encima de otro, conectados con 'through-silicon-vias' (TSVs) y separados por pequeños microbultos. Un único chip GDDR5 en una interfaz de 32 bits ofrece un ancho de banda de hasta 28GB/s. Una pila HBM, en cambio, es de 1024 bits, con hasta 100GB/s de ancho de banda (según Hynix, colaboradora de AMD, esta cifra es de 128GB/s) reduciendo de forma significativa al mismo tiempo el voltaje. La eficiencia también aumenta debido a que tanto el núcleo de la GPU como las pilas HBM se montan en un 'interposer', lo cual hace que estos componentes estén mucho más próximos el uno del otro.

HBM proporciona un enorme aumento de velocidad respecto a la actual tecnología GDDR5, junto a una eficiencia energética y unas posibilidades de ahorro de espacio igualmente impresionantes.

AMD desveló que cada pila HBM tiene cuatro chips de 256MB de memoria montados verticalmente, y que los primeros productos tendrán cuatro de estas pilas agrupadas alrededor de su nueva GPU (la cual se cree, pese a no estar confirmado, que será una iteración más grande y potente de la actual tecnología GCN). En teoría estaríamos ante una GPU con un total de 512GB/s de ancho de banda (frente a los 320GB/s de la R9 290X o los 336.5GB/s de la Titan X de Nvidia). La mala noticia es que la capacidad de la memoria no aumentará respecto a la actual gama alta de AMD; Joe Macri pasó de puntillas por esto durante la presentación, pero en un mundo en el que los juegos ya alcanzan el límite de los 4GB a 1440p esto supone un problema, especialmente teniendo en cuenta que se rumorea que la futura GTX 980 Ti de Nvidia llegará a las tiendas con 6GB de GDDR5. Lo bueno es que el ancho de banda extra podría ayudar en aplicaciones con uso intensivo de memoria en las que actualmente vemos un cuello de botella, como por ejemplo el multi-sampling anti-aliasing (MSAA).

Consolidar los módulos de memoria en un espacio mucho menor tiene otras ventajas. El espacio que ocupan los módulos individuales en la PCB es una de las principales razones por las cuales las tarjetas gráficas son tan grandes. Por lo general, cuatro chips de 256MB ocupan un área 672mm2, mientras que el equivalente apilado en HBM es de tan solo 35mm2. Incluso tomando en cuenta la llegada de los módulos GDDR5 de 512MB, el espacio que se ahorra sigue siendo inmenso. AMD dice que el tamaño de la PCB de la R9 290X es de 9900mm2, pero que su equivalente HBM apenas llega a los 4900mm2. Eso es una PCB un 50% más pequeña, con lo cual la futura Radeon de gama alta podría no solo ser muy potente, sino también aceptable para PCs de pequeño formato.

Fuera de la aplicación en tarjetas gráficas, esperamos ver las técnicas HBM también en otras tecnologías. Ahora mismo las APUs de AMD - las cuales combinan núcleos de CPU x86 con una gráfica GCN integrada - están atadas por el bajo ancho de banda de la memoria DDR3. Aunque añadir RAM HBM incrementaría el coste, esto podría permitir empezar a ver APUs capaces de ofrecer un rendimiento de nivel entusiasta. Además, una futura versión de HBM podría dar el salto también a las próximas consolas. El socio de AMD en el proyecto HBM - la empresa de memoria Hynix - ya ha desvelado el roadmap para HBM, lo cual nos da una idea de su futura escalabilidad. Las pilas de 1GB se transformarán en 4GB o incluso 8GB, mientras que el ancho de banda se duplicará.

El ancho de banda extra que proporciona la tecnología HBM podría ayudar en aplicaciones con uso intensivo de memoria en las que actualmente vemos un cuello de botella, como el multi-sampling anti-aliasing (MSAA).

PascalBoard
AMD todavía no ha mostrado una PCB real con tecnología HBM. Todo lo que os podemos mostrar de momento es un prototipo de Nvidia basado en la futura arquitectura Pascal, la cual usa un concepto similar. Fijaos en las cuatro pilas de memoria montadas alrededor del núcleo principal de la GPU en el centro.

La gran pregunta, entonces, en qué posición deja esto a la gran rival de AMD, Nvidia. A corto plazo, una supuesta Radeon R9 390X competiría directamente con la GTX 980 Ti, una versión ligeramente recortada de la Titan X. Será un duelo fascinante, ya que la tarjeta de Nvidia seguramente tendrá más memoria, pero no las ventajas en cuanto a ancho de banda que proporciona HBM.

La otra duda es ver hasta qué punto afectará un mayor ancho de banda de memoria al rendimiento en los juegos. Es algo que, sin duda, beneficia mucho a efectos de post-proceso y MSAA, por ejemplo, pero los diseños de consola prácticamente exigen que la computación que consume más ancho de banda se realice en la cache L2 de la GPU. Además, con los juegos actuales está demostrado que hacer overclock del núcleo de la GPU tiene un impacto mayor que overclockear la memoria GDDR5. Siendo así, puede que a corto plazo las diferencias más notables que aporte el diseño HBM se encuentren en la eficiencia energética y en el ahorro de espacio.

Sin embargo, vale la pena apuntar que HBM no es una tecnología totalmente propietaria. El concepto de apilar módulos de memoria no es algo nuevo; AMD dice que ha estado trabajando en ello durante siete años, pero los fundamentos tras ello no son ni mucho menos un secreto y Nvidia ya ha mostrado una placa con su propia versión (cuya fotografía tenéis encima de estas líneas). Es parte de su arquitectura Pascal de nueva generación, prevista para 2016. Pero será AMD la primera en llegar al mercado usando este tipo de memoria y nosotros tenemos muchas ganas de ver los resultados obtenidos con ella.

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Acerca del autor

Josep Maria Sempere

Josep Maria Sempere

Subdirector

Josep Maria es subdirector y fundador de Eurogamer España y el máximo responsable del día a día de su línea editorial y de contenidos. Ama el punk-rock, el cine palomitero de Hollywood, los simuladores de submarinos, la sci-fi, los cacharros de Apple y la década de los 80. Puedes leerlo también en BFG9000, en su Twitter (@kr3at0r) o escucharlo en el podcast Ocho sobre Diez.

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