HBM - Grafikspeicher auf vier Ebenen

HBM ist die Abkürzung für High-Bandwidth-Memory und tritt die Nachfolge vom bekannten GDDR-5-Speicher an. AMD hat die HBM-Technik führend vorangetrieben und veröffentlichte im Jahr 2015 mit Modellen wie der Radeon R9 Fury die ersten Grafikkarten mit HBM-Speicher. Nvidia setzte weiterhin auf DDR-5, so dass bis heute keine Nvidia-Grafikkarten mit HBM-Speicher existieren. Erst später im Jahr 2017 wechselte Nvidia im professionellen Bereich auf die neue HBM-Technik, aber direkt auf den Nachfolger HBM2.

Weitere Informationen findet man im Artikel HBM 2 - High Bandwidth Memory der 2. Generation.

HBM Grafikspeicher Technik - vier Ebenen sorgen für ein deutlich breiteres Speicherinterface
HBM-Grafikspeicher ermöglicht es, vier Speicherebenen übereinander zu stapeln.
Demzufolge wächst das Speicherinterface um das Vierfache, welches bei den meisten Modellen bei 4096 Bit liegt.

Stacks - Speicher wird aufeinander gestapelt

Die grundlegende Erneuerung bei HBM-Speicher im Vergleich zu vorherigen Speichertypen ist, dass die Speicherzellen auf vier übereinander liegenden Ebenen (Stacks) verbaut sind, die über einen so genannten Interposer (quasi eine Art Controller, der den Zugriff auf die Ebenen steuert) mit der GPU verknüpft sind. Das Speicherinterface, welches essentiell für die Speicherbandbreite verantwortlich ist, wächst um ein Vielfaches an. Außerdem liegt der Grafikspeicher sehr nah an der GPU an, so dass die Wege dorthin verkürzt und somit auch die Latenzen verbessert wurden

HBM vs. GDDR5

Diese Grafik verdeutlicht sehr schön das Prinzip des HBM-Speichers. Auf der linken Seite verteilen sich 16x DDR-5-Speicherchips auf dem Grafikboard einer Radeon R9 290X. Im Vergleich dazu werden bei der Radeon R9 Fury X 4 Speicherchips übereinandergestapelt. Die 4 "Speicher-Quartette" wandern zugleich auf das PCB des Grafikchips. Ein großer Vorteil des HBM-Speichers wird hierbei deutlich. Die Anbindung der 16 Speicherchips der Radeon R9 295X ist extrem aufwendig und kostspielig, da diese über ein Speicherinterface mit dem Grafikchip verbunden werden müssen. Aus diesem Grund stagniert das Speicherinterface aktueller High-End-Grafikkarten seit Jahren zwischen 256 und 768 Bit.

Wie der Artikel "Wie berechnen sich die Leistungsdaten einer Grafikkarte" zeigt, berechnet sich der Wert Speicherbandbreite vor allem aus Taktrate und Speicherinterface. Durch HBM-Speicher wächst das Speicherinterface deutlich an. Bei typischen High-End-Grafikkarten mit DDR-5-Speicher beträgt dieses 256, 384 oder 512 Bit. High-End-Grafikkarten mit HBM-Speicher besitzen ein 4096 Bit breites Speicherinterface, sprich um ein vielfaches breiter.

Weniger Platzbedarf, weniger Stromverbrauch

Durch das breitere Speicherinterface können die Taktraten reduziert und gleichzeitig die Leistung gesteigert werden. Die Energieeffizienz steigt deutlich und AMD spricht von einer bis zu drei Mal höheren Leistung pro Watt im Vergleich zu GDDR5-Speicher. Somit darf man sich nicht wundern, dass Modelle mit HBM-Speicher einen deutlich niedrigeren Speichertakt besitzen. Schauen wir uns folgenden Vergleich an. Die R9 290X hat zwar einen 5 GHz hohen Speichertakt, aber lediglich ein 512 Bit breites Speicherinterface. Trotz der niedrigen 1 GHz Taktrate schafft die R9 Fury X fast die doppelte Leistung (512 GB/s vs. 320 GB/s):

Radeon R9 Fury X (HBM 1000 MHz 4096 Bit): 512 GB/s Speicherbandbreite
Radeon R9 290X (GDDR5 5000 MHz, 512 Bit): 320 GB/s Speicherbandreite

Ein weiterer positiver Aspekt ist, dass der Platzbedarf des Grafikspeicher deutlich niedriger ist. Durch das Übereinander-Stapeln schrumpft der Platzbedarf um unglaubliche 94%.

 HBM Platzersparnis
Deutliche Platzersparnis durch HBM-Speicher

Die wichtigsten Keyfacts von HBM

  • Speicher auf vier gestapelten Ebenen
  • Speicherinterface wächst auf 4096 Bit
  • Bessere Energieeffizienz: 3x so hohe Leistung pro Watt
  • Speicher sitzt näher an der GPU
  • Niedrigere Latenzen
  • Mehr Leistung trotz niedrigerer Taktraten
  • Geringe Hitzeentwicklung ermöglicht leisere Grafikkarten