Rambus發(fā)布業(yè)內(nèi)首款HBM4內(nèi)存控制器IP，助力AI訓(xùn)練持續(xù)突破性能瓶頸

作為“AI加速年”，2024年人工智能進展迅猛。得益于GPU、TPU等硬件計算能力的持續(xù)提升、算法優(yōu)化的深化以及數(shù)據(jù)收集規(guī)模的擴大，AI模型在自然語言處理、計算機視覺、自動駕駛等多個領(lǐng)域取得了顯著突破。例如，OpenAI、Google和Meta等公司推出的超大規(guī)模模型推動了AI技術(shù)的前沿發(fā)展，且模型訓(xùn)練的規(guī)模不斷創(chuàng)下新紀錄。

然而，隨著模型規(guī)模的擴大，AI擴展法則迎來了新的挑戰(zhàn)。如何優(yōu)化訓(xùn)練方法、降低計算成本并提高模型能效，成為當(dāng)前研究的重點。隨著AI模型、特別是大規(guī)模深度學(xué)習(xí)模型在訓(xùn)練和推理中對計算資源和內(nèi)存帶寬的需求不斷增加，傳統(tǒng)內(nèi)存技術(shù)（如DDR）已無法滿足大規(guī)模模型的需求，這使得HBM技術(shù)變得至關(guān)重要。

而作為HBM技術(shù)的下一代升級，HBM4有望顯著提升性能，尤其在AI和高性能計算領(lǐng)域。它將為突破當(dāng)前瓶頸提供強有力的硬件支持，助力大規(guī)模深度學(xué)習(xí)模型的訓(xùn)練和推理，進一步推動AI技術(shù)的進步。Rambus日前在業(yè)界率先推出了HBM4內(nèi)存控制器IP，旨在在進一步推動高帶寬內(nèi)存技術(shù)的應(yīng)用，滿足日益增長的AI計算需求。

“縱觀整個行業(yè)，我們發(fā)現(xiàn)處理器花費大量時間等待內(nèi)存中的數(shù)據(jù)返回才能對其進行處理。更高帶寬的內(nèi)存可以更快地將數(shù)據(jù)返回到處理器，從而減少等待時間，提高數(shù)據(jù)處理效率，并降低延遲。功耗效率的提高也使我們能夠以更低的成本完成處理，因此HBM4的優(yōu)勢在于可以通過減少等待時間來提高性能，以及通過降低功耗來降低運營成本?！苯瘴覀冇行覅⒓恿舜舜沃匕醢l(fā)布，Rambus研究員兼杰出發(fā)明家Steven Woo博士針對新產(chǎn)品進行了精彩的講解。

HBM4來了，單個堆棧帶寬已達1.6TB/s

通過一個中介層的物理連接，HBM內(nèi)存得以與處理器相連，該層在連接結(jié)構(gòu)中起到了至關(guān)重要的作用。所有這些組件最終通過基板連接并焊接在PCB上，確保了內(nèi)存和處理器之間的緊密協(xié)作。HBM內(nèi)存的多層堆疊架構(gòu)使得每個內(nèi)存芯片能夠直接與處理器進行連接，并通過1024根信號路徑進行數(shù)據(jù)傳輸。這些信號路徑包括命令、地址、時鐘等多個附加信號，隨著HBM3標準的實施，信號路徑數(shù)量增加到約1700條，超出了傳統(tǒng)PCB的承載能力。

作為內(nèi)存設(shè)備與處理器之間的橋梁，為了滿足這些高密度信號需求，HBM3采用了硅中介層技術(shù)。硅中介層能夠在極小的空間內(nèi)蝕刻出更多的信號路徑，從而支持更高的帶寬需求，并保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝院头€(wěn)定性。這種精密的設(shè)計使得HBM內(nèi)存不僅能提供更高的帶寬和容量，還能顯著降低延遲，優(yōu)化了能效，并將內(nèi)存占用面積最小化。因此，HBM內(nèi)存在需要極高數(shù)據(jù)吞吐量和低延遲的應(yīng)用場景中，尤其是在AI訓(xùn)練和高性能計算領(lǐng)域，發(fā)揮著重要作用。

作為高性能計算和AI領(lǐng)域的重要技術(shù)，HBM發(fā)展經(jīng)歷了多個階段，從第一代到最新的HBM4，每一代的改進都在不斷推動內(nèi)存技術(shù)的邊界。

從HBM的第一代到第二代、2E、3E，每一代最顯著的變化就是單個堆棧帶寬的顯著提升。隨著技術(shù)的不斷進步，HBM3E在帶寬上的突破尤為突出，單個設(shè)備的帶寬已經(jīng)超過1.2TB/s，滿足了高帶寬內(nèi)存需求日益增長的市場。主要DRAM制造商，如SK海力士、美光和三星，已宣布推出支持9.6Gbps數(shù)據(jù)傳輸速率的HBM3E設(shè)備，推動了HBM技術(shù)的普及和應(yīng)用。

隨著HBM3E的成功，下一代HBM技術(shù)的研發(fā)進入了一個新的階段。當(dāng)前正在開發(fā)的HBM4，作為JEDEC標準化的最新一代技術(shù)，預(yù)示著內(nèi)存技術(shù)將在性能上取得進一步的突破。雖然HBM4的具體參數(shù)尚未最終確定，但從已知的開發(fā)數(shù)據(jù)來看，HBM4的單個堆棧帶寬已經(jīng)達到了1.6TB/s，相比HBM3E進一步提升，這一進步不僅帶來了更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，還為大規(guī)模AI模型的訓(xùn)練和高性能計算任務(wù)提供了更強的支持。

HBM技術(shù)的不斷升級離不開內(nèi)存控制器的支持，尤其是在更高帶寬和更復(fù)雜架構(gòu)的推動下。Rambus作為內(nèi)存控制器IP提供商，在這一過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。憑借著最新發(fā)布的HBM4控制器IP，Rambus將會助力內(nèi)存客戶加速推出HBM4的相關(guān)產(chǎn)品。

業(yè)內(nèi)首款HBM4控制器IP，加速下一代AI工作負載

Rambus宣布推出業(yè)內(nèi)首款HBM4控制器IP，旨在為下一代AI工作負載提供更強大的硬件支持。隨著AI技術(shù)的快速發(fā)展，特別是在大規(guī)模深度學(xué)習(xí)模型和高性能計算領(lǐng)域，對內(nèi)存帶寬的需求愈加迫切。Rambus的HBM4控制器IP正是為此而設(shè)計，能夠支持新一代HBM內(nèi)存的部署，廣泛應(yīng)用于AI加速器、圖形處理器（GPU）以及其他高性能計算應(yīng)用。

全新的HBM4控制器IP基于HBM3的性能基礎(chǔ)，進一步提升了數(shù)據(jù)吞吐量，達到了全新的水平。其提供32個獨立通道的接口，數(shù)據(jù)寬度可高達2048位。以6.4Gbps的數(shù)據(jù)速率為例，HBM4的總內(nèi)存吞吐量將比HBM3提高超過兩倍，達到1.64TB/s。這一提升為大規(guī)模數(shù)據(jù)處理提供了更加高效的解決方案，尤其適用于需要高帶寬的AI和高性能計算任務(wù)。

“HBM4控制器IP跟前一代相比最大的改進和區(qū)別就是能夠支持更大的帶寬，我們的控制器能夠以更高的速度從DRAM獲取數(shù)據(jù)并將其傳回處理器?！盨teven Woo強調(diào)到，“功耗也更加重要，我們的IP不僅設(shè)計為低延遲，而且還具有高能效，因為這些對于處理器來說也很重要。”

與Rambus的HBM3E控制器一樣，HBM4內(nèi)存控制器IP同樣具備模塊化和高度可配置的特點?？蛻艨梢愿鶕?jù)不同應(yīng)用場景的需求，定制合適的內(nèi)存控制器，滿足在尺寸、性能和功能方面的多樣化要求?？蛇x的關(guān)鍵功能包括錯誤更正碼（ECC）、讀-修改-寫（RMW）操作以及錯誤清理等，這些都能進一步提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

定制化服務(wù)，確保高效成功的HBM系統(tǒng)設(shè)計

Rambus推出的HBM4控制器IP不僅在性能上有所突破，還為客戶提供了高度定制化的服務(wù)，幫助其根據(jù)具體應(yīng)用場景的需求，精確選擇合適的內(nèi)存解決方案。無論是尺寸、性能還是功能，Rambus都提供靈活的選項，以滿足各類高性能計算、AI加速和圖形處理等領(lǐng)域的需求。關(guān)鍵的可選功能包括錯誤更正碼（ECC）、讀-修改-寫（RMW）操作及錯誤清理等，進一步提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

為了確?？蛻裟軌蝽樌瓿上到y(tǒng)集成，Rambus與領(lǐng)先的PHY供應(yīng)商展開了戰(zhàn)略合作，確保用戶能夠根據(jù)需要選擇合適的第三方PHY，并保證流片成功。Rambus在HBM內(nèi)存領(lǐng)域深耕多年，積累了豐富的經(jīng)驗和技術(shù)積淀，其市場份額一直領(lǐng)先，并已成功完成超過100次的HBM設(shè)計項目。Rambus不僅交付了業(yè)界領(lǐng)先的HBM3E內(nèi)存控制器，還提供了業(yè)內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸速率最高的HBM2E控制器，速率高達每秒4Gbps。憑借多年的技術(shù)積累，Rambus能夠確?？蛻粼陂_發(fā)過程中高效推進，避免重新設(shè)計，確保一次流片成功。

為進一步提高開發(fā)效率并確保高質(zhì)量的產(chǎn)品交付，Rambus還為客戶提供了三大主要支持服務(wù)。首先，通過控制器測試平臺，Rambus為客戶提供完整的控制器代碼庫回歸測試，涵蓋廣泛的測試序列，包括特定控制器與PHY的組合測試，并基于功能覆蓋率進行驗證，確保系統(tǒng)的完整性和穩(wěn)定性。

此外，Rambus還提供了驗證IP，并與Avery Design Systems（現(xiàn)為西門子子公司）長期合作，為客戶提供多種驗證功能模塊（BFM），如內(nèi)存模塊BFM、主機內(nèi)存控制器BFM和PHY BFM。Rambus深知，成功的系統(tǒng)設(shè)計離不開對物理中介層（PHY）的有效支持，因此，Rambus盡最大努力為各類第三方PHY提供廣泛支持，確保其控制器能夠與各種PHY完美匹配、認證并通過驗證，幫助客戶輕松實現(xiàn)高效集成。

通過這些定制化的服務(wù)和全方位的技術(shù)支持，Rambus為客戶提供了強大的技術(shù)保障，使他們能夠在復(fù)雜的高性能計算和AI加速領(lǐng)域中，順利完成系統(tǒng)設(shè)計與集成，最終實現(xiàn)一次流片成功，避免任何開發(fā)過程中的障礙。

領(lǐng)先布局未來AI內(nèi)存需求發(fā)展，賦能最高性能AI應(yīng)用

據(jù)悉，在Rambus內(nèi)部不僅設(shè)置有常規(guī)的產(chǎn)品研發(fā)部門，還有一個名為“Rambus Labs”的研究機構(gòu)，專門著眼于未來的內(nèi)存需求，研究如何改進未來的人工智能內(nèi)存，包括如何提供更快的內(nèi)存、更高的容量和更好的功耗效率。而這也就是Rambus能夠持續(xù)引領(lǐng)HBM控制器的技術(shù)進步，領(lǐng)先于市場提供對人工智能的近期以及未來幾年的需求的IP組合技術(shù)方案的原因所在。

HBM4 控制器的推出意味著內(nèi)存行業(yè)現(xiàn)在有了一個新的領(lǐng)先解決方案，它具有更高的性能，可以支持下一代AI應(yīng)用?！盎叵脒^去十年，人工智能已經(jīng)取得了巨大的進步，現(xiàn)在我們能夠進行語言處理。新的應(yīng)用之所以成為可能，實際上是因為有了更好的硬件，而HBM4控制器IP對內(nèi)存行業(yè)的意義在于，我們正在支持下一代應(yīng)用程序，這將使用戶以及硬件和軟件開發(fā)人員受益?！盨teven Woo說到。