AMDが新しいRadeonの高帯域幅メモリに光を当て、Nvidiaを挑発

AMDは火曜日、7年以上の開発期間を経て、画期的な技術となると確信している超高速積層チップ技術「High Bandwidth Memory（高帯域幅メモリ）」を発表した。さらに同社は、NVIDIAは少なくとも1年遅れていると豪語した。

小さな穴を通して通信する積層RAMチップを使用する高帯域幅メモリは、現在GPUで使用されている従来のGDDR5に比べて3倍の性能を提供し、消費電力も大幅に削減すると、HBMの開発を監督したAMDの最高技術責任者、ジョー・マクリ氏は述べた。

これが重要な理由： グラフィックカードのメモリ帯域幅は、グラフィックプロセッサと同様にゲームパフォーマンスに大きく影響します。メモリ帯域幅の増加は、GPUの変更と組み合わせることで、ほぼ確実にパフォーマンスの向上につながります。

問題

現代のグラフィックカードは、ビッグブロックV8エンジンがガソリンを消費するかのようにメモリ帯域幅を消費します。問題は、現在のメモリであるGDDR5が急速に収益逓減点に近づいていることだとマクリ氏は言います。GDDR5を使用してメモリ帯域幅を増やすと、消費電力が大きすぎて効果的なパフォーマンス向上には至りません。 

GDDR5の問題の一部は、チップをGPUに接続する方法にあります。GDDR5 RAMは、個々のチップの端にある接点を使用します。帯域幅を増やすには、チップを追加します。しかし、これらのチップはビデオカードの回路基板上で互いに並べて配置する必要があり、郊外のスプロールのような問題につながります。プリント回路基板上で多くのスペースを消費するだけでなく、GPUに到達するために非常に長い配線やトレースを配線する必要もあります。また、RAMチップだけでなく、その郊外のスプロールを実行するための発電所や電圧レギュレータも考慮する必要があります。長い配線に多くの信号を送るため、より多くの電力を使用する必要があり、それはより大きな電圧レギュレータを意味します。

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HBMは、高層ビルのように垂直に積層することで、GDDR5の限界に対処しています。AMDはメモリチップを4つ積層することで、RAMをGPUに近づけることができ、配線長を大幅に短縮できます。GDDR5とは異なり、HBM RAMはシリコン貫通ビア（TSV）と呼ばれる技術を採用しており、これは積層されたチップの穴を通して配線を垂直に配線するものです。各層は、小さなバンプコンタクトによって次の層に直接接続されます。

レイヤーが相互接続され、配線を GPU まで遠くまで伸ばす必要がないため、GDDR の電力消費を発生させずにバスをはるかに広くすることができます。

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マクリ氏によると、その恩恵は劇的なものだ。例えば、現在のGDDR5チップは、最大7GBpsの帯域幅を持つ32ビット幅のメモリバスをサポートする。HBM RAMの単一スタックは、1,024ビット幅のバスと125GBpsを超えるメモリ帯域幅をサポートする。このHBMチップは、はるかに低いクロック速度で動作しながら、桁違いに広いメモリ帯域幅を実現する。

電力効率は非常に重要であるため、AMDはHBMスタックのメモリ帯域幅が消費電力1ワットあたり35GBpsに達すると発表しています。これはGDDR5の10.5GBpsを上回っています。電力効率はモバイルアプリケーションだけに関係するものではありません。メモリ駆動に必要な電力を削減し、発熱を抑えることで、その節約分を例えばGPUコアのクロック周波数を上げることなどに活用できます。

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チップを積み重ねる方法はいくつかあります。AMDのHBMへのアプローチは、パッシブインターポーザー層を用いた「2.5D」技術です。これは、RAMチップをGPU本体に積み重ねる「3D」と呼ばれる設計手法とは異なります。マクリ氏は、これが3次元ではないからといって、人々を惑わすべきではないと述べました。

「これは真の3D設計手法です」と彼は言った。「もはやXとYだけで設計するのではなく、X、Y、Zで設計するのです。」

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マクリ氏は、最大のライバルについて語る際に言葉を濁さなかった。NVIDIAは、2013年という早い時期に、発売が予定されていたものの現在は延期されているVolta GPUでチップスタッキング技術を軽視していた。Voltaの発売が延期されたことで、NVIDIAが初めてスタックメモリを搭載したGPUを発売するのは、2016年にPascal GPUが同様の2.5Dスタッキング技術を搭載するまで待たなければならないだろう。

「NVIDIAはパワーポイントを作成し、まるで自分たちがあらゆるものの素晴らしいリーダーであるかのように事前に話す」とマクリ氏は嘲笑した。「彼らが話している間、我々は仕事をしているのだ」

マクリ氏は、AMDが業界におけるHBMメモリの主な推進力となっていると述べた。

「私たちはパートナーと共同で開発を行い、その成果をオープンな標準化団体に持ち込み、世界に公開しています」と彼は述べた。「NVIDIAはこうしてGDDR3とGDDR5を開発しました。AMDもまさにこれです。島を作るよりも大陸を作る方が優れていると私たちは確信しています。」

マクリ氏はおそらく事情をよく知る立場にあるだろう。AMDの最高技術責任者（CTO）であるだけでなく、メモリ業界の標準規格を承認する団体であるJEDECの会長も長年務めてきた。AMDは確かにGDDR3とGDDR5を搭載したグラフィックカードの導入でNVIDIAに先んじたが、新技術の歩留まりに関する懸念は常につきまとう。

マクリ氏は、HBMは新しい技術だが、だからといって歩留まりの問題を想定すべきではないと述べた。プロジェクトの主要パートナーであるHynixの歩留まりについては詳細を明かさなかったが、AMDはGPU製造に必要なHBM RAMを十分に確保できないと判断した場合、コンシューマー向け製品にHBMを採用することはないだろうと述べた。 

HBM vs. ハイブリッド メモリ キューブ: 戦うか? 否。

HBMの性能対電力比は非常に優れており魅力的であるため、マクリ氏は、この新しいメモリが大型GPU以外の分野にも採用されることを期待していると述べた。HBMは、統合グラフィックチップを搭載したCPU、サーバー、ワークステーションに搭載されると予想される。そうなると、HBMは、IntelとMicronが開発中のハイブリッド・メモリ・キューブ（HMC）と呼ばれる類似のメモリ技術と衝突することになるだろう。HMCは高度な積層メモリ設計だが、AMDとは異なり、IntelとMicronはJEDECの委員会による遅いルール策定なしにHMCを採用しようとしている。

マクリ氏は、インテルとマイクロンがHMCで解決しようとしている問題はスーパーコンピューターに影響を及ぼすものであり、HBMとは相容れないだろうと述べた。HBMは異なる用途向けの高価な技術であるためだ。インテルの幹部もこれに同意しているようだ。

「業界標準の強力な支持者として、インテルはJEDECにおける高帯域幅メモリ（HBM）開発のパートナーであり、インテルプラットフォームにおけるHBMの活用を検討しています」と、インテルの広報担当者はPCWorldへの声明で述べています。「インテルはハイブリッド・メモリ・キューブ・コンソーシアム（HMCC）のメンバーではありませんが、インテル Xeon Phi「Knights Landing」プロセッサー向けに最適化されたHMCのカスタム派生製品の開発において、マイクロン・テクノロジーと協力しました。」

言い換えれば、HBMとHMCが1990年代の激しいRambus対DDR戦争を再び繰り広げることを期待していた人は失望することになるだろう。IntelもHBMを支持している。

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最初の HBM カードは 4GB に制限されますか?

マクリ氏はHBM搭載のAMD GPUについて具体的な話はしなかったものの、インターネット上ではHBMを搭載したRadeon R9 390Xとされるカードに関するリーク情報や噂が飛び交っています。390Xの登場により、AMDは長らくパフォーマンスの王座に君臨してきたNVIDIAと再び​​対峙することになるだろうと多くの人が考えています。NVIDIAのGeForce 9シリーズカードに対するAMDの唯一の回答は、ハイエンドのRadeonカードの価格引き下げを継続することです。

さらに悪いことに、これらのRadeonカードは、NVIDIA製品よりも発熱が高く、消費電力も大きいという評判が長年続いています。AMDの主張を信じるなら、HBMは確かに電力と熱の問題の解決に役立つでしょうが、NVIDIAが悪用しようとする可能性のある弱点の一つはRAMの容量です。

マクリ氏は、同社初のHBMカードのRAM容量が4GBに制限されるとは明言しなかったが、ここで使用したものを含め、AMDのほとんどのイラストには1GBずつのメモリが4つ重ねて表示されており、計算は難しくない。NVIDIAがGeForce Titan Xで12GBを売り出していることを考えると、メモリ容量が消費者の購買意欲を刺激するためのマーケティング手段として利用されていることは容易に想像できる。

「これはマーケティングの問題かもしれない」と彼は言った。「しかし、エンドユーザーはパフォーマンス、フォームファクター、そして電力消費を重視します。」

マクリ氏はまた、4GBというのは「膨大な」RAMの量であり、ただメモリをどんどん追加していく以外にもアプローチ方法はあると述べた。

カスタムGPUの設計は、カスタム性はやや劣るかもしれない

マクリ氏が最後に言及した懸念は、高度にカスタマイズされたビデオカードに関するものでした。通常、新しいグラフィックコアが発表されると、AMDとNVIDIAはボードパートナーにリファレンスデザインを提供します。これらは基本的に、RAM、GPU、クーラー、電圧コンポーネントが組み込まれた完成ボードです。しかし、より先進的なベンダーは、ゲーマーやオーバークロック愛好家を惹きつけるために、エンジニアに強力なコンポーネントと冷却装置を備えたカスタマイズされたボードレイアウトの作成を依頼します。 

HBM はインターポーザ上に直接統合されたメモリを使用し、単一のパッケージとして販売されるため、ボード パートナーが自社のカードを他のカードと差別化できる範囲が制限される可能性があります。

マクリ氏は、HBMは彼らにそれほど大きな影響を与えないだろうと述べた。 

「自由度は依然として存在します」と彼は述べた。「しかし、（ボードパートナーは）少し違ったやり方で調整するでしょう。」また、ボードパートナーはカスタム設計のために異なるベンダーからRAMを購入する能力を持っているものの、通常はそうしないとも述べた。