Mientras en el mercado se afianza la adopción de DDR4 y emergen implementaciones de HBM1/2 y GDDR5X, los fabricantes ya proponen los estándares de memoria para la próxima década. Recientemente se comenzó a hablar de HBM3 y GDDR6, dos importantes pasos evolutivos que prometen impulsar el rendimiento de las memorias para GPUs y CPUs. En la competencia también participa DDR5, demostrando que la clásica tecnología DRAM tiene todavía varios años de vida por delante.
En el marco del evento Hot Chips de este año se revelaron unos cuantos detalles acerca de las tecnologías de memoria que utilizarán las computadoras en los próximos años. Entre las novedades se destacó el anuncio de HBM3 por parte de Samsung y Hynix.
A pesar de que las primeras dos generaciones de la memoria de alto ancho de banda (HBM, High Bandwidth Memory) tuvieron hasta ahora pocas apariciones en productos comerciales, Samsung y Hynix ya están trabajando en la tercera iteración de la tecnología.
Esta nueva clase de memoria aportará mayor densidad, ancho de banda y eficiencia energética. Pero quizás su mayor ventaja por sobre las generaciones anteriores sea su menor costo de producción, que debería redundar en menores precios finales.
HBM 1, 2 y 3
En las configuraciones convencionales de memoria, los chips RAM se ubican unos junto a otros en un circuito impreso, tan cerca como sea posible de los procesadores (CPU o GPU) que necesitan proveerse de datos para operar. HBM, en cambio, apila los chips de memoria unos sobre otros, vinculándolos mediante conexiones verticales que atraviesan el silicio (TSV, through-silicon vías). Estas pilas de RAM se colocan junto al procesador, lo que ahorra superficie en las placas (como puede verse en la Fury Nano, de AMD) y brinda una mejora importante en materia de ancho de banda.
El beneficio en ancho de banda se ve contrarrestado, al menos en las primeras generaciones de HBM, por desventajas de costo y de capacidad. La memoria HBM1, utilizada en las placas gráficas Fury, de AMD, está limitada a pilas de 4 GB. HBM2, utilizada en las placas Nvidia destinadas al extremo superior del mercado (como la Titan X), presenta pilas de memoria de hasta 16 GB, pero resulta excesivamente costosa para productos destinados al mercado masivo.
HBM3 duplicará la densidad de las memorias desde 8 Gb hasta 16 Gb (alrededor de 2 GB) y permitirá apilar más de ocho capas en un único chip. Esto permitirá dotar de 64 GB a las placas gráficas.
El voltaje de núcleo de HBM3 será inferior al valor de 1,2 V de HBM2, a la vez que ofrecerá más del doble de ancho de banda máximo: HBM2 ofrece un ancho de banda teórico de 256 GB/seg. por cada capa de DRAM, mientras que en HBM3 ese valor se eleva a 512 GB/seg. El ancho de banda total de la memoria bien podría alcanzar magnitudes del orden de los terabytes por segundo.
Tanto Hynix como Samsung están trabajando en HBM3 (si bien Samsung denomina “Extreme HBM” a su versión), pero ninguna de las empresas ha establecido fechas precisas de lanzamiento. Las actuales hojas de ruta de GPUs de AMD indican que su arquitectura Navi (la sucesora de Vega, que a su vez será sucesora de Polaris) empleará “memoria de próxima generación” y se prevé que su lanzamiento ocurra en algún momento del año 2018.
GDDR6
En la conferencia Hot Chips, Samsung no sólo habló de HBM y sus sucesoras. Un ejecutivo de la empresa dijo que para el año 2018 hará su esperado debut la tecnología de memoria gráfica GDDR6. Esta nueva iteración de GDDR proveerá un rendimiento de alrededor de 14 Gbps, lo que representa una mejora de 10 Gbps por sobre GDDR5. La salida al mercado de esta nueva clase de memoria gráfica podría demorar un tiempo hasta que las GPUs la adopten y todo el entorno sea validado, por lo que la estimación de 2018 puede que resulte muy optimista.
A diferencia de HBM y sus secuelas, la memoria GDDR6 estaría orientada principalmente a GPUs de bajo costo, teniendo en cuenta además que la transición desde GDDR5 a GDDR6 sería menos traumática que la transición a cualquiera de las versiones de HBM.
El problema con GDDR6 es que la industria lleva mucho tiempo esperando su lanzamiento, y éste sigue haciéndose rogar. Es por eso que Micron, la rival de Samsung, decidió ofrecer una alternativa menos revolucionaria pero más inmediata: GDDR5X. La arquitectura básica de esta memoria es la misma que la de GDDR5, cosa que permite ahorrar costos y reducir tiempos de validación y testeo.
El ancho de banda teórico que alcanza GDDR5X es de 12 Gbps, lo cual se logra gracias a una duplicación en la frecuencia del prefetch, es decir, la obtención anticipada de bloques de datos o instrucciones y su almacenamiento en caché. La primera aparición pública de GDDR5X se llevó a cabo en conjunto con el debut de la placa GeForce GTX 1080 de Nvidia (primera integrante de la familia Pascal). El ancho de banda utilizado por esta GPU es de 10 Gbps, lo que significa que tiene aún cierto margen para aumentar.
La técnica de acelerar el prefetch permite a la GDDR5X brindar a la GPU el material que necesita para procesar a un ritmo más ágil, sin necesidad de mejorar otros aspectos, como el ancho del bus de memoria, que en la GeForce GTX 1080 se mantiene en 256 bits.
DDR5
En la edición de agosto de este año del Intel Developer Forum, el gerente senior de ecosistemas de memoria de Intel, Geof Findley, aseguró que las especificaciones de DDR5 estarán concluidas este año, y que el desarrollo de las memorias comenzará en el año 2020.
Hasta hace un tiempo, los especialistas de hardware consideraban que DDR4 sería la última generación de DRAM, pero está demostrado que esta tecnología tiene aún algunos años más por delante. Entre los beneficios que aportará DDR5 se incluyen mayor densidad, más velocidad y menos consumo.
El primer segmento que se beneficiará con DDR5 será el de servidores, y se considera que entre 12 y 18 meses después llegará a los equipos de escritorio y portátiles, según la opinión de la firma de investigación IHS.
La DRAM DDR5 permitirá chips de memoria más pequeños y más densos, construidos utilizando las más recientes tecnologías de fabricación. Los chips DDR4, en el mercado desde hace dos años, se fabrican con tecnologías de proceso de 20 nm o más, puesto que no fueron diseñados con los más recientes procesos de 10 ó 14 nm en mente.
La vida útil de DDR5 podría extenderse hasta el año 2025, lo que daría tiempo suficiente para que maduren y se desarrollen las nuevas clases de memoria que reemplazarían a las tecnologías actuales, como 3D Xpoint y HMC (Hybrid Memory Cube).
El avance de DDR5 seguiría la misma curva que DDR4, que todavía está ganando espacios a medida que DDR3 se retira lentamente. Inicialmente, DDR5 será costosa, pero al igual que ocurre con sus antecesoras, sus precios caerán cuando los volúmenes de producción crezcan.
SIN APURO
Hemos visto que hay muchos nuevos estándares de memoria que prometen más rendimiento y menos consumo, pero tienen el inconveniente de que el mercado no los está reclamando aún. La memoria RAM actual es capaz de brindar un ancho de banda suficiente para la gran mayoría de las necesidades de hoy en día. Por otra parte, el ahorro en consumo que prometen las nuevas memorias no hará gran diferencia en el consumo general de los equipos, debido a la baja incidencia del subsistema de memoria en la energía total que consume una computadora.
Los grandes diseñadores de chipsets y de placas son, en definitiva, quienes le suben o le bajan el pulgar a los nuevos estándares de memoria. Actualmente tienen una amplia gama de opciones de donde elegir el que más les convenga, en términos de rendimiento, consumo y costo, para acompañar sus productos durante los próximos años.
