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Ohne Interposer geht's nicht

Über High Bandwidth Memory haben wir mehrfach berichtet, erstmals ausführlich in einem Artikel über Stapelspeicher-Technologien von Ende 2014 und vor einigen Wochen im Detail nach einem Gespräch mit AMDs Technikchef Joe Macri. Künftig wird der bisher übliche GDDR5-Videospeicher nur noch in der Mittel- und Oberklasse eingesetzt, künftige Topmodelle von AMD (Arctic Islands) und Nvidia (Pascal) nutzen High Bandwidth Memory.

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  • Radeon R9 Fury X ohne Frontplatte (Foto: Techpowerup)
  • Der Kühler der Radeon R9 Fury X (Foto: Techpowerup)
  • Die Bodenplatte des Kühlers der Radeon R9 Fury X (Foto: Techpowerup)
  • Die Platine der Radeon R9 Fury X (Foto: Techpowerup)
  • Fiji-Chip mit HBM auf dem Interposer (Foto: Techpowerup)
  • Technische Daten der Radeon R9 Fury X (Foto: Techpowerup)
  • Die Frame Rate Target Controll reicht von 55 ... (Screenshot: Golem.de)
  • ... bis zu 95 fps und funktioniert erst ab D3D10. (Screenshot: Golem.de)
  • Downsampling per Treiber geht bis UHD. (Screenshot: Golem.de)
  • Die Radeon R9 Fury X ist kaum übertaktbar. (Screenshot: Golem.de)
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  • Micro-Bumps unterhalb des Fiji-Chips (Bild: AMD)
  • Der Interposer samt GPU und HBM auf dem Package (Bild: AMD)
  • Der Interposer samt GPU und HBM auf dem Package (Bild: AMD)
  • Ohne Interposer wäre HBM nicht möglich (Bild: AMD)
  • Der Interposer samt Fiji-GPU und HBM auf dem Package (Bild: AMD)
  • HBM benötigt viel weniger Platz als GDDR5. (Bild: AMD)
  • Die Fury X bietet praktische Status-LEDs. (Bild: AMD)
  • Spezifikationen der Fury X (Bild: AMD)
  • Blockdiagramm der Fury X (Bild: AMD)
  • Fury X im Vergleich zu einer Sapphire R9 290X Tri-X (Foto: Martin Wolf/Golem.de)
  • Golem-Grafikkarten-Testsystem (Foto: Nico Ernst/Golem.de)
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HBM benötigt viel weniger Platz als GDDR5. (Bild: AMD)
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Das Problem von GDDR5: Um die für heutige Grafikkarten notwendige Datentransfer-Rate zu erzielen und 4 oder mehr GByte zu verbauen, ist eine immer aufwendigere Platine erforderlich. AMDs Radeon R9 390X etwa nutzt ein 512 Bit breites Speicher-Interface. An jedem 32-Bit-Kanal hängt ein Speicherchip, alle 16 zusammen ergeben 4 oder 8 GByte. Workstation-Karten wie Fire Pro W9100 erreichen 16 GByte mit 32 Speicherbausteinen, hier sitzt die Hälfte der Chips auf der Platinenrückseite. Mit einem 512 Bit breiten Interface und bis zu 32 Bausteinen arbeitet die GDDR5-Technik seit Jahren am Limit. Platzbedarf und Leistungsaufnahme sind zu hoch und nur mehr Takt hilft.

Als Alternative hat sich der High Bandwidth Memory herauskristallisiert, das Jedec-Gremium hat den Stacked-Speicher bereits im Oktober 2013 abgesegnet. Wie es der Name bereits impliziert, werden mehrere Chips übereinandergestapelt - derzeit sind es vier Dies mit 1 GBit pro Stack. Jede Schicht ist an zwei 128 Bit breite Speicherkanäle angeschlossen, jeder Stapel verfügt also über 1 GByte und ein 1.024-Bit-Interface. Im Umkehrschluss sind die Frequenzen niedrig: Die aktuellen HBM-Stapel liefern 1 GBit pro Sekunde, die flottesten GDDR5-Chips erreichen 7 GBit pro Sekunde oder 3,5 GHz. Ein Vorteil der geringen Taktraten ist die Spannung pro Chip von 1,3 statt 1,35 Volt.

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  • Radeon R9 Fury X ohne Frontplatte (Foto: Techpowerup)
  • Der Kühler der Radeon R9 Fury X (Foto: Techpowerup)
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  • Die Platine der Radeon R9 Fury X (Foto: Techpowerup)
  • Fiji-Chip mit HBM auf dem Interposer (Foto: Techpowerup)
  • Technische Daten der Radeon R9 Fury X (Foto: Techpowerup)
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  • Die Radeon R9 Fury X ist kaum übertaktbar. (Screenshot: Golem.de)
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  • Micro-Bumps unterhalb des Fiji-Chips (Bild: AMD)
  • Der Interposer samt GPU und HBM auf dem Package (Bild: AMD)
  • Der Interposer samt GPU und HBM auf dem Package (Bild: AMD)
  • Ohne Interposer wäre HBM nicht möglich (Bild: AMD)
  • Der Interposer samt Fiji-GPU und HBM auf dem Package (Bild: AMD)
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Fiji-Chip mit HBM auf dem Interposer (Foto: Techpowerup)

Während bei einem GDDR5-Interface die einzelnen 32-Bit-Leitungen quer über die Platine verlaufen, gelingt die Anbindung an die insgesamt 4.096 Bit der vier Stacks nur durch ein zusätzliches Bauteil, den Interposer. Das passende Verb ist dazwischenschalten, und nichts anderes macht dieses Siliziumplättchen einfach ausgedrückt: Es verbindet den High Bandwidth Memory mit dem Speicher-Interface im Fiji-Chip. Der Interposer der Radeon R9 Fury X misst 1.011 mm², er wird im 65-nm-Verfahren beim Auftragsfertiger UMC produziert und mit Hilfe von Amkor sowie der ASE Group zusammengesetzt.

Der Interposer besteht aus vielen Schichten: In ein Wafer-Substrat werden feine Kanäle geätzt, alles von einer Oxid-Schicht geschützt und anschließend mit Kupfer gefüllt. Die Technik hinter den so entstehenden Metallstreben nennt sich Through Silicon Vertical Interconnect Access (TSV), zu Deutsch Silizium-Durchkontaktierung. Damit sie funktioniert, werden Schichten auf- und abgetragen, der Interposer wird gedreht und als Flip-Chip mit winzigen Lötkügelchen (Micro-Bumps) auf einem Träger (Package) montiert.

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  • Radeon R9 Fury X ohne Frontplatte (Foto: Techpowerup)
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Der Interposer samt GPU und HBM auf dem Package (Bild: AMD)

Anders als bei einer GPU zeigt dadurch die Seite nach oben, aus der Tausende von TSVs herausgucken. Die Durchkontaktierungen werden ebenfalls mit Micro-Bumps mit den vier HBM-Stacks und dem Fiji-Chip verbunden. Ein Metallrahmen erhöht die mechanische Stabilität - schon geringe Kräfte können den Interposer beschädigen. Das fertige Package wird mit den üblichen BGA-Bumps mit der Fury-X-Platine verlötet.

 Fiji ist ein teils verdoppelter TongaAuch mit HBM sind 4 GB nur 4 GB 
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EvilSheep 12. Jul 2015

Was ne dämliche Argumentation. Demnach ist ein Lüfter auch nur eine Notlösung weil dei...

UrielVentris 08. Jul 2015

Echt, Nvidia zwingt dich die Mondpreise zu bezahlen. Sie stehlen regelrecht das Geld aus...

TTX 01. Jul 2015

Schau dir doch einfach einen anständigen Test an, der auch was aussagt :) http://www...

Arkatrex 01. Jul 2015

Schon lustig. Du beschwerst Dich darüber das Nvidia Supporter zu den Firmen schickt...

exxo 29. Jun 2015

ZB vielele ältere Spiele von Ubi laufen out of the box super mit Eyefinity. Neuere Games...


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Mobile-Games-Auslese: Bezahlbare Drachen und dicke Bären
Mobile-Games-Auslese
Bezahlbare Drachen und dicke Bären

Rundenbasierte Strategie auf dem Smartphone mit Chaos Reborn Adventure Fantasy von Nintendo in Dragalia Lost - und dicke Alpha-Bären: Die Mobile Games des Monats bieten spannende Unterhaltung für jeden Geschmack.
Von Rainer Sigl

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