Na konci dubna uspořádala společnost Hynix akci, na které se podělila o technologické inovace, které chystá v paměťové branži. Prezentace poměrně úspěšně unikla pozornosti médií a to i přesto, že obsahuje velmi zajímavé informace, které se týkají nových trendů a technologií jako LPDDR3, DDR4, DDR4 NVDIMM a především HBM.

LPDDR3

Současnému trhu vévodí mobilní trendy a právě pro zařízení jako jsou tablety nebo tenké notebooky, budou v nadcházející době ideálním řešením paměti typu LPDDR3. I když oproti DDR3L vykazují v zátěži jen „mírně“ (o ~23 %) nižší spotřebu a vedle nastupujících DDR4, které v zátěži vykazují podobnou spotřebu, se mohou zdát zbytečné, přinášejí jednu zásadní výhodu: Tou je drastické snížení energetických nároků v klidu - oproti DDR3L může být spotřeba téměř o 90 % nižší.

Druhá zásadní přednost LPDDR3 tkví v širším rozhraním a vyšší kapacitě (to lze realizovat vrstvením), takže pro dosažení určité kombinace datové propustnosti a kapacity stačí nižší počet čipů, což snižuje nároky na rozměry PCB i proporce výsledného produktu.

Přímým nástupcem LPDDR3 budou LPDDR4, které oproti současné generaci LPDDR3 sníží spotřebu (přepočteno na jednotku datové propustnosti) o další třetinu. To je ale zatím poměrně vzdálená budoucnost, v dohledném časovém horizontu se budeme setkávat s LPDDR3 a to hned v několika verzích. Hynix má v nabídce planární, dvouvrstvé i čtyřvrstvé čipy, přičemž jedna vrstva může dosahovat kapacity 4 až 8 Gb (tedy 0,5 a 1 GB).

U dvou- a čtyřvrstvých čipů je pak ještě na výběr šířka paměťového rozhraní: 32 až 64 bitů efektivně. V mezním případě pak pro 128bit rozhraní stačí dva čipy, které při čtyřvrstvé konfiguraci mohou dosáhnout kapacity až 8 GB.

DDR4

Trh s DDR4 se začíná pomalu rozjíždět - už ani neinformujeme o každém jednotlivém výrobci, který ohlásil rozšíření vlastní nabídky o tyto čipy či moduly (v poslední době začal s distribucí 2133MHz vzorků třeba Crucial).

Z hlediska uživatele jsou klíčové tři informace: (1) Klasické DDR4 moduly lze (na rozdíl od předešlých generací) osazovat pouze v poměru 1 modul na 1 kanál, (2) tuto nevýhodu kompenzují nižší spotřebou (napětí bylo oproti DDR3 sníženo z 1,5-1,6 na 1,2 V) a (3) ještě bude nějaký ten pátek trvat, než se dostanou do běžných PC sestav - zatím to vypadá zhruba na polovinu příštího roku, letos cílí především na servery.

Většina výrobců prozatím ohlásila pouze 2133MHz moduly, které ani pro desktop nemají valný smysl (DDR3 končí výrazně výš, byť jsou takty top modelů mimo specifikace standardu) a zajímavé začínají být teprve 2400MHz a rychlejší. Ty má jako první v nabídce Samsung, v příštím roce přibudou i další výrobci. Specifikace počítá s rychlostmi až do 3200 MHz; reálně půjdou (podobně jako DDR3 nebo před nimi DDR2) ještě výš, ale to už je výhled na 5 let+.

DDR4 budou k dispozici i v modulech LRDIMM (load-reduce DIMM), které je možné konfigurovat v množství vyšším než 1 modul na 1 kanál. Pro stabilitu takového řešení je třeba zajistit dostatečnou integritu signálu, čemuž napomáhá použití bufferu mezi řadičem a čipy.

DDR4 NVDIMM

Pro systémy, které si nemohou dovolit ztrátu dat při energetickém výpadku, poslouží speciální moduly, které krom paměťových čipů obsahují i flash-úložiště o odpovídající kapacitě.

V případě výpadku se řadič (s vlastním napájením) postará o zazálohování dat na flash-paměť a poté o jejich obnovení. Hynix začne s distribucí zhruba ve druhém kvartálu 2015.

HBM

Hlavní pozornost se upírá k HBM, které mají posunout datovou propustnost i poměr datová propustnost / watt velmi výrazným způsobem. Podle prezentace, kterou vydala AMD počátkem loňského prosince, byla v té době spuštěna zkušební výroba HBM pamětí a jak dodává nyní Hynix, existují již vzorky, se kterými mohou partnerské firmy experimentovat.

Tyto vzorky dosahují při kapacitě 1 GB datové propustnosti až 128 GB/s, přičemž pracují s napětím 1,2 voltu. Pro ilustraci: hodnota 128 GB/s se blíží datové propustnosti grafických karet jako Radeon HD 7850 nebo GeForce GTX 660 Ti, které jsou osazeny 6-8 čipy GDDR5. Se čtyřmi HBM čipy o parametrech aktuálně vyráběných vzorků bychom mohli dosáhnout 512 GB/s, což je více než o polovinu nad kartami jako Radeon R9 290X nebo Intel Xeon Phi / Knights Ferry (16-32 čipů GDDR5). Nejvyšší konfigurace, kterou má zatím Hynix v přípravě, využívá čtveřice čtyřvrstvých čipů, což dává potenciál krásného 1 TB/s.

Možnosti použití HBM jsou široké, jsou tu však určité limity. Prvním z nich je cena, která je zatím velmi vysoká. Především se to týká řešení, kdy výpočetní jednotku (GPU/APU/CPU) s HBM spojuje destička - interposer, bývá obvykle křemíkový.

Levnější variantou je vrstvení HBM přímo na procesor - v tomto případě je ale limitující jeho TDP. Každá vrstva samozřejmě zhoršuje odvod tepla, takže se tento postup hodí spíše pro úspornější čipy (například v mobilní sféře).

HBM mohou fungovat jako náhrada stávajících DDR, případně fungovat jako buffer / cache vyšší úrovně se zachováním DDR jako hlavního úložiště. Druhá možnost umožňuje dosáhnout nižších nákladů na straně paměťových čipů, naopak ale vyžaduje, aby procesor integroval řadič s podporou HBM i DDR zároveň.

Co se dostupnosti týká, můžeme zapomenout, že by letošní generace grafických karet byla vybavena touto technologií, distribuce začne napřesrok. Ve druhém kvartálu 2015 půjde o 128GB/s bloky (potenciál až 512 GB/s), ve druhém kvartálu 2016 pak 256GB/s bloky (až 1 TB/s). Dalším stupněm, který už je spíše výhledem než konkrétním plánem, je 50% zrychlení, které by umožnilo posunout hranici technologie na 1,5 TB/s.

Závěrem přikládáme dvě roadmapy, jejichž autorem je japonský analytik Hiroshige Goto: