HBM4标准正式发布：总带宽提升至2TB/s

4月17日，国际半导体行业标准组织JEDEC正式发布了新一代高带宽内存标准HBM4，这一消息在半导体及相关领域引发了广泛关注。HBM4标准的推出，在带宽、通道数、电源效率等多方面实现了重大突破，有望为生成式AI、高性能计算（HPC）、高端显卡和服务器等对数据处理能力要求极高的领域，带来革命性的变革。

HBM4延续了HBM系列垂直堆叠DRAM芯片的标志性设计，但相比其前身HBM3，在诸多关键性能指标上实现了显著提升。其中，带宽方面的改进尤为引人注目。HBM4支持2048-bit接口，传输速度高达8Gb/s，这使得其总带宽能够达到前所未有的2TB/s。如此高的带宽，为大规模数据的快速传输提供了坚实保障，在生成式AI训练过程中，模型需要处理海量的文本、图像等数据，HBM4的高带宽特性可大幅缩短数据读取与传输时间，加速模型训练进程。

通道数的升级也是HBM4的一大亮点。其将每个堆栈的独立通道数量从HBM3的16个翻倍至32个，并且每个通道还配备了两个伪通道。这种设计极大地增加了内存操作的访问灵活性与并行性。以高性能计算中的并行计算任务为例，多个计算核心可以通过这些丰富的独立通道，同时高效地访问内存中的不同数据块，避免了数据传输的拥堵，显著提升计算效率。

在电源效率上，HBM4同样取得了长足进步。该标准支持供应商根据实际需求，灵活选择特定的VDDQ（0.7V、0.75V、0.8V或0.9V）和VDDC（1.0V或1.05V）电平。通过这种方式，有效降低了内存模块的功耗，提高了能源利用效率。对于数据中心中的大规模服务器集群而言，HBM4的低功耗特性意味着可观的能源成本节省，同时也符合当前全球倡导的绿色计算理念。

HBM4在设计时充分考虑了兼容性问题，其接口定义确保了与现有HBM3控制器的向后兼容性。这一特性使得在各种应用场景中，HBM4能够实现无缝集成，企业和开发者无需对现有系统进行大规模改造，即可引入HBM4，降低了技术升级成本。而且，单个控制器在必要时能够同时与HBM3和HBM4协同工作，进一步增强了系统配置的灵活性。

为了应对日益严峻的信息安全挑战，HBM4集成了定向刷新管理（DRFM）技术。该技术有效提升了对row-hammer攻击的防护能力，同时显著增强了系统的可靠性、可用性和可维护性（RAS）。在金融、医疗等对数据安全性和系统稳定性要求极高的行业应用中，HBM4的这一特性尤为关键，可确保敏感数据的安全存储与处理，避免因潜在攻击导致的数据泄露或系统故障。

在容量方面，HBM4支持多样化的DRAM堆栈配置，包括4层、8层、12层和16层，芯片容量分为24Gb或32Gb。其中，使用32Gb16层堆栈时，单个堆栈的最大容量可达64GB。这种大容量设计，能够充分满足不同应用场景对存储容量的多样化需求。在高端显卡领域，处理复杂3D游戏场景或专业图形渲染任务时，需要存储大量的纹理、模型数据，HBM4的大容量特性可避免因内存不足导致的卡顿或性能下降。

HBM4在架构上还有一个重要变化，即实现了命令总线和数据总线的分离。这一设计旨在提高内存操作的并发性，减少数据传输延迟，特别适合AI和HPC工作负载中常见的多通道操作场景。同时，HBM4采用了全新的物理接口，并对信号完整性进行了优化改进，以支持更快的数据速率和更高的信道效率，全方位提升内存子系统的性能表现。

HBM4标准的开发是半导体行业集体智慧的结晶，三星、美光和SK海力士等主要行业参与者均深度参与其中，为标准的制定贡献了关键技术与宝贵经验。随着标准的发布，这些企业预计将在短期内展示符合HBM4标准的产品。三星已明确表示，将在2025年开始量产HBM4产品，以满足人工智能芯片制造商和超大规模云服务厂商不断增长的内存需求。

当前，随着人工智能模型规模的持续扩张以及高性能计算应用的日益复杂，对更高带宽、更大容量内存的技术需求呈现爆发式增长。HBM4标准的适时引入，通过明确下一代存储技术的规范，为解决这些工作负载所面临的数据吞吐量和处理难题提供了切实可行的方案。可以预见，在未来一段时间内，HBM4将成为推动生成式AI、高性能计算等前沿技术发展的关键力量，助力相关产业迈向新的发展高度。

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编辑：刘宪银  审核：张海明