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研究人员设计出比DDR5快30倍的3D DRAM_芯片_更低

萌界大人物 2024-11-11 05:45:09 0

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HBM通过中介层将小型DRAM栈接入至CPU,从而避开了受到CPU限定的DRAM插槽数量。
在Bumpless Build Cube 3D(简称BBCube3D)观点中,单个DRAM芯片通过微凸块(连接器)与上方或下方的芯片相连,而连接孔(通过硅通孔,即TSV)穿过芯片将各个微凸块连接起来。

研究团队卖力人Takayuki Ohba教授表示,“BBCVube 3D拥有良好的性能潜力,可实现每秒1.6 TB理论传输带宽,相称于DDR5的30倍、HBM2E的4倍。

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研究职员们削薄了每个DRAM芯片,同时肃清了BBCube3D晶圆叠层(WOW)设计中的微凸块。
与DDR5或HBM2E(第二代高带宽扩展内存)设计比较,这种新方案使得内存块拥有更高速率和更低的运行能耗。
这是由于前者的运行温度更高,而且凸块的存在会增加电阻/电容和延迟。

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(图片来自网络侵删)

HBM微凸块还会占用空间,且芯片的硬度也必须达标,否则无法承受堆叠层合并所带来的压力。
通过肃清微凸块,每个内存芯片都可以变得更薄、硅通孔更短,从而实现带好的散热效果。
BBCube3D设计还不须要中介层,由于处理单元、CPU或GPU能够直接绑定至缓存芯片,而缓存芯片本身又可绑定至DRAM栈的顶端。

研究职员们阐明道,“更短的硅通孔互连能够为CPU和GPU等高温设备供应更好的散热……高密度硅通孔本身就可以充当热管,因此纵然是在3D构造当中,其预期运行温度也会更低。

“由于硅通孔长度更短且旗子暗记并行度更高”,BBCube“能够实现更高带宽与更低运行功耗”。

通过调度相邻IO线的时序来确保其彼此异相,研究职员还成功减少了分层DRAM中的串扰。
这种方法被称为四相屏蔽输入/输出,意味着IO线永久不会与其紧邻的线路同时发生值变革。

下图所示,为BBCube与DDR5和HBM2E内存技能的速率与能耗比较。
可以看到,其带宽达到DDR5内存的32倍,速率相称于HBM2E的4倍。
与此同时,BBCube 3D设计还实现了比DDR5和HBM2E更低的访问能耗水平。

Ohba阐明道,“由于BBCube的热阻和阻抗都更低,以是能够缓解3D集成设计中常常涌现的热管理和电源问题。
这次提出的新技能能够在达成可不雅观传输带宽的同时,将每bit访问功耗降落至DDR5的二十分之一和HBM2E的五分之一。

BBCube 3D属于高校主导的研究项目。
关于该项目的详细背景信息,可以在MDPI Electronics论文《论利用晶圆上晶圆(WoW)与晶圆上晶片(CoW)实现兆级三维集成(3DI)的BBCube》(https://www.mdpi.com/2079-9292/11/2/236)中找到。
论文提到,“BBCube许可将堆叠的芯片数量提升至HBM的4倍,意味着利用16 Gb DRAM裸片时内存容量可以达到64 GB。

文章同时指出,“通过堆叠40层DRAM,即可实现Tb级别的3D内存。

论文《Bumpless Build Cube (BBCube) 3D:利用WoW与CoW的异相3D集成实现TB/s级传输带宽与最低bit访问功耗》(Bumpless Build Cube (BBCube) 3D: Heterogeneous 3D Integration Using WoW and CoW to Provide TB/s Bandwidth with Lowest Bit Access Energy)对BBCube 3D观点也做了描述,文章揭橥于2023年6月的IEEE 2023 VLSI技能与电路研讨会。

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