計算機主要組件的封裝幾十年來相對穩定
，但現在正經曆一場革命。例如

，在內存和中央處理器(CPU)之間已經達到散熱和帶寬極限的情況下，業界正在尋求新的方案來提高性能並降低功耗。

 

最近兩年，引領這一追求的是混合內存立方體(HMC)構想(圖1)。這是美光科技(Micron)提出的概念，業已被龐大的產業領導者聯盟——混合內存立方體聯盟(Hybrid Memory Cube Consortium)所采用。

 

圖1 混合內存立方體。

 

這一概念基於用一組高速串行連接取代傳統的DRAM總線，同時使內存和運算芯片在物理上非常接近，以便去掉驅動DRAM總線的功率晶體管。由此產生的模塊可將內存的功耗降低70%~90%
，目前性能可達160GB/s水平，這是兩項令人矚目的進展。未來的配置目標是超過上述指針的兩倍，最終是使用多個內存模塊實現1TB/s的吞吐率。

 

矽穿孔(TSV)是使能技術(enabling technology)。透過在邏輯模塊上堆棧內存裸片並使用TSV將頂層連接到邏輯電路，使用大量的並行鏈路，可實現很小的麵積占用。今天的產品通常有四個堆棧裸片，所以每個模塊的容量限製在16GB。

 

邏輯層可以是CPU、繪圖處理器(GPU)、現場可編程門陣列(FPGA)或隻是控製邏輯，似乎所有這些選項都開始出現。來看一些應用
，CPU選項看來顯而易見，在CPU之上構建DRAM得(de)到(dao)的(de)稍(shao)厚(hou)的(de)混(hun)合(he)芯(xin)片(pian)，應(ying)用(yong)在(zai)智(zhi)能(neng)型(xing)手(shou)機(ji)和(he)平(ping)板(ban)計(ji)算(suan)機(ji)上(shang)令(ling)人(ren)關(guan)注(zhu)
，這(zhe)是(shi)一(yi)種(zhong)節(jie)省(sheng)寶(bao)貴(gui)空(kong)間(jian)的(de)方(fang)式(shi)，但(dan)更(geng)重(zhong)要(yao)的(de)是(shi)節(jie)省(sheng)稀(xi)少(shao)且(qie)缺(que)乏(fa)的(de)電(dian)能(neng)。使(shi)用(yong)16GB容量的方案，已經是個可行的建議
，而更高密度的封裝將擴大到整個市場。

 

在服務器中
，更高的帶寬是吸引力所在。目前尚不清楚市場是否會跟進CPU/內存堆棧路徑，或是選擇多個內存芯片的緊密並列封裝，後者可將帶寬提升到500+GB/s範圍並增加HMC容量。舉例來說，英特爾(Intel)的Knights Landing Phi芯片旨在使用堆棧內存結構(圖2)。

 

圖2 英特爾Knights Landing代號Xeon Phi處理器。(圖片來源：英特爾)

 

AMD和Nvidia這兩家GPU製造商選擇了采用多通道並行總線不同的模塊化方法(高帶寬內存
，HBM)。HMB比RAM總線寬得多
，可提供更高帶寬。DRAM裸片堆棧和與GPU緊密耦合旨在解決性能和功耗問題，將模塊方法應用到GPU引發了與服務器相同的封裝問題，因此解決方案的采用可能取決於GPU產品是針對消費類還是針對人工智能(AI)市場。

 

在服務器係統中用作加速器的FPGA，其本身的故事仍在不斷演繹，盡管像Altera/Intel和賽靈思(Xilinx)這樣的公司已經為HMC提供了原型開發板。

 

這種模塊化方法透露出主要的管道含義。然主導力的天平明顯地倒向內存芯片製造商(如美光)，而對沒代工廠的DIMM組(zu)裝(zhuang)廠(chang)商(shang)不(bu)利(li)，但(dan)這(zhe)並(bing)非(fei)一(yi)蹴(cu)可(ke)幾(ji)，因(yin)為(wei)係(xi)統(tong)結(jie)構(gou)和(he)芯(xin)片(pian)生(sheng)態(tai)係(xi)統(tong)還(hai)沒(mei)有(you)發(fa)展(zhan)到(dao)可(ke)正(zheng)確(que)使(shi)用(yong)模(mo)塊(kuai)化(hua)方(fang)案(an)。可(ke)能(neng)的(de)情(qing)況(kuang)是(shi)
，智(zhi)能(neng)型(xing)手(shou)機(ji)的(de)封(feng)閉(bi)性(xing)將(jiang)使(shi)其(qi)成(cheng)為(wei)更(geng)容(rong)易(yi)滲(shen)透(tou)的(de)市(shi)場(chang)。

 

服務器市場轉向模塊化方法
，很可能會因服務器核心中以結構為中心架構的興起而變得複雜。諸如Gen-Z之類的方法使得串行內存連接成為將CPU、GPU、FPGA和外部通訊連接在一起的RDMA結構的焦點，它使所有服務器單元之間直接使用公共內存
，以及共享內存和接口的跨集群成為可能。未來AMD和Nvidia的計劃將致力於內存與GPU之間更緊密的耦合，以使當前架構將大量數據從CPU內存傳輸到GPU內存的問題不再困難。

 

主導力的天平倒向芯片製造商不僅傷及DIMM製造商
，還同樣殃及插卡製造商。服務器主板將可能具有針對適配驅動器或LAN的SoC方案的ZIF插槽，以及用於內存和計算組件的更多插槽。

 

但供貨商陣營也並非一團和氣。英特爾在談論與業內其他家不同的途徑。業內有討論可更好填補Optane NVDIMM和L3高速緩存之間性能差距的高帶寬、低延遲(HBLL)DIMM方案
，而不是用於服務器的HMC。

 

最後的難題是，雖然這些新的內存速度非常快，但容量有限，目前為16GB或更小。雖然這與DIMM類似，但其架構將當今的許多模塊排除在外。隨著對TB容量內存的需求

， 該問題尚沒有得體的對策。英特爾在NVDIMM中內置傲騰(Optane)的HBLL方法很可能是條解決之道。

 

盡管英特爾明顯的離經叛道(沒有任何東西正式宣布為產品)，但很明顯，係統將變得更快、更模塊化。為實現這種模塊化
，以太網絡NVMe作為一種共享主儲存的方式在市場上備受矚目——這種架構可使驅動器與服務器分開，盡管它們可能仍然共享封裝。所有這些都將在2018年上半年成為整個產業的發展藍圖，並導致係統性能真正大幅度地提升，從而推動整個係統和儲存市場的發展。




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