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サムスン、GDDR6W グラフィックスメモリを発表 – 容量とパフォーマンスを大幅増

Samsungは、GDDR6DRAMに対して性能と容量を倍増させた次世代グラフィックス・メモリ「GDDR6W」を発表した。

グラフィックス用のダブルデータレートメモリであるGDDRメモリは、一般に世代ごとに速度とスループットが倍増するが、次世代のGDDR7の登場までは、GDDR6及びGDDR6Xレベルに留まっていた。

そんな中、AMDは他の業界大手数社とともに、2015年にRadeon R9 Fury(コードネーム「Fiji」)のラインナップでHBM(High Bandwidth Memory)を世に送り出した。GDDRメモリに対するHBMの積層化のメリットは、メモリの総フットプリントから引き出される電力全体と比較して、はるかに多くの帯域幅とスループットを提供できることだ。つまり、HBM は GDDR よりもはるかに効率的でありながら、占有面積もはるかに小さくて済むのだ。

しかし今回Samsungは、同社の次世代 GDDR6W メモリ技術によって、従来の GDDR6 よりも小型でありながら、HBM とほぼ同等の速度を実現できると主張し、このギャップを埋めようとしている。ファンアウトウエハーレベルパッケージング(FOWLP)を使用すると、HBMと同様に、パッケージがPCBからシリコンウエハー自体に移動する。これにより、下画像にあるように、2倍のメモリ容量に対応しながら、パッケージデザインの厚さを約36%削減することができるのだ。

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(Credit: Samsung)

容量が2倍になっただけでなく、メモリインターフェイスのサイズが大きくなったことで、帯域幅も2倍になっている。Samsungによれば、512bitバスと22GbpsのGDDR6Wメモリを用いた場合、1.4TB/sのトータルスループットを達成し、3.2GbpsのHBM2Eメモリによる1.6TB/sの帯域幅に非常に近い値を示しているとのことだ。

詳しいプレスリリースは以下に転載する。


世界をつなぐ架け橋:SamsungのGDDR6Wが強力なグラフィックス・メモリで没入型メタバース体験を実現する方法

高度なグラフィックスやディスプレイ技術の発展により、メタバースと私たちの日常生活の境界線が曖昧になりつつあります。この重要な変化の多くは、グラフィックス製品向けに設計されたメモリソリューションの進歩によって実現されています。

高帯域グラフィックスメモリーソリューション。超リアルゲームとデジタルツインへの鍵

バーチャルリアリティを向上させるための最大の課題は、現実世界の複雑な物体や環境を仮想空間上に再現することです。そのためには、大容量のメモリと計算能力の向上が必要です。同時に、より真に迫ったメタバースを実現することで、複雑なシナリオのリアルなシミュレーションなど、そのメリットは広範囲に及び、さまざまな産業でイノベーションを巻き起こすことでしょう。

これは、バーチャルリアリティの最も人気のあるコンセプトの一つである「デジタルツイン」の中心的な考え方である。デジタルツインとは、ある物体や空間を仮想的に表現したものです。実際の環境に応じてリアルタイムに更新されるデジタルツインは、そのソースのライフサイクルにまたがり、意思決定に役立つシミュレーション、機械学習、推論を使用します。最近まで、データ処理と転送の制限により実現不可能な提案でしたが、広帯域技術の利用可能性により、デジタルツインの普及が進んでいます。

他の技術革新と同様に、ゲーム業界も絶え間ないイノベーションで繁栄しており、スピードと性能の新しいアップデートが毎年市場を牽引しています。3Dレンダリングにおけるレイトレーシングのような、あるシーンにおける光の反射を追跡する技術の開発により、ハイエンドAAAゲームのグラフィックは、超リアルで没入感のあるものになりつつあります。

レイトレーシングは、光の情報を集めてリアルタイムに計算し、各ピクセルの色を決定することができます。この計算には、1秒間のゲームシーンで60~140ページ分という膨大な量のデータをほぼ同時に計算する必要があります。しかも、解像度は4Kから8K規格へと急速に移行し、ディスプレイの画質も急速に向上しており、それに伴いフレームバッファ※1も既存の2倍以上に拡張されるようになってきています。そのため、ゲームの発展に伴い増大するメモリ需要に対応するためには、大容量かつ広帯域のメモリが不可欠なのです。

最先端FOWLP(Fan-Out Wafer-Level Packaging)技術により、容量と性能を倍増させたグラフィックスメモリ「GDDR6W」を開発

高性能、大容量、広帯域のメモリ・ソリューションは、仮想空間をより現実に近いものにするために役立っています。Samsungは、このような市場の需要に応えるため、業界初の次世代グラフィックスDRAM技術であるGDDR6W(x64)を開発しました。

GDDR6Wは、SamsungのGDDR6(x32)製品をベースに、FOWLP(Fan-Out Wafer-Level Packaging)技術を導入し、メモリ帯域幅と容量を飛躍的に向上させたもので、GDDR6W(x64)は、GDDR6(x32)をベースに、FOWLP(Fan-Out Wafer-Level Packaging)を導入したものです。

GDDR6 は発売以来、すでに大きな改良が加えられています。昨年7月、Samsungは業界最速のグラフィックスDRAMである24GbpsのGDDR6メモリを開発しました。GDDR6Wは、GDDR6と同じサイズのまま、その帯域幅(性能)と容量を2倍にしました。フットプリントが変わらないおかげで、新しいメモリチップは、FOWLP構造と積層技術を使用することで、お客様がGDDR6で使用したのと同じ生産工程に容易に投入でき、製造時間とコストを削減することができます。

下図に示すように、同一サイズのパッケージに2倍のメモリチップを搭載できるため、グラフィックDRAM容量は16Gbから32Gbに、帯域幅とI/O数は32から64に倍増したことになります。つまり、メモリに必要な面積は従来比50%削減されています。

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FOWLPの構造 (Credit: Samsung)

一般的に、パッケージのサイズはチップを積み重ねるほど大きくなります。しかし、物理的な要因でパッケージの最大高さが制限されています。また、チップを積層することで容量は大きくなりますが、放熱性や性能はトレードオフの関係にあります。これらのトレードオフを克服するために、私たちはFOWLPの技術をGDDR6Wに適用しました。

FOWLP技術は、メモリチップをPCBではなく、シリコンウェハーに直接実装する技術です。その際、RDL(再配線層)技術を適用することで、より微細な配線パターンが可能になります。また、PCBを使用しないため、パッケージの厚みが薄くなり、放熱性も向上します。

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GDDR6とGDDR6Wのパッケージ比較 (Credit: Samsung)

FOWLPを採用したGDDR6Wの高さは0.7mmで、従来のパッケージの高さ1.1mmと比較して36%もスリム化されています。また、チップは多層化されていますが、熱特性や性能は従来のGDDR6と同じです。ただし、GDDR6とは異なり、FOWLPベースのGDDR6Wは、1パッケージあたりのI/Oが拡張されているため、帯域幅を2倍にすることが可能です。

パッケージングとは、製造されたウェーハを半導体の形状に切断したり、配線を接続する工程を指す。業界では「後工程」と呼ばれている。半導体業界では、前工程で可能な限り回路を微細化する方向で発展し続けてきましたが、チップサイズの限界が物理的に近づいているため、パッケージング技術の重要性はますます高まっています。そこでSamsungは、GDDR6Wに3D ICパッケージ技術を採用し、ウェーハ状態でさまざまなチップを積層して1つのパッケージを作り上げている。これは、GDDR6Wの高度なパッケージングをより速く、より効率的にするために計画された多くのイノベーションの1つです。

新しく開発されたGDDR6W技術は、システムレベルでHBMレベルの帯域幅をサポートすることができます。HBM2Eは、4KシステムレベルI/Oとピンあたり3.2Gpbsの伝送速度に基づくシステムレベルの帯域幅は1.6TB/秒です。一方、GDDR6Wは、512本のシステムレベルI/Oと1ピンあたり22Gpbsの伝送レートで、1.4TB/sの帯域幅を得ることができます。さらに、GDDR6Wでは、HBM2Eを使う場合に比べてI/O数が約1/8に減るため、マイクロバンプを使う必要性がなくなります。そのため、インターポーザー層が不要でコストパフォーマンスに優れています。

GDDR6WHBM2E

システムレベルI/O5124096
ピン伝送速度22Gbps3.2Gpbs
システムレベルの帯域幅1.4TB/s1.6TB/s

「Samsung電子メモリ事業本部 新事業企画担当副社長の朴哲敏は、「GDDR6Wは、GDDR6に先進のパッケージ技術を適用することにより、同サイズのパッケージと比較して2倍のメモリ容量と性能を実現しています。「GDDR6Wにより、様々な顧客ニーズを満たすことができる差別化されたメモリ製品を育成することができ、市場でのリーダーシップを確保するための大きな一歩となります」と述べています。

Samsungは、今年第2四半期にGDDR6W製品のJEDEC標準化を完了した。また、GPUパートナーとの協力により、ノートPCなどの小型フォームファクター機器やAI・HPC用途に使用される新しい高性能アクセラレータにGDDR6Wの適用を拡大すると発表している。

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