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橫空出世——H200!英偉達(dá)終于加內(nèi)存了!

現(xiàn)在囤貨沒(méi)有性?xún)r(jià)比,下一代B100 GPU更香?

人工智能浪潮席卷全球,AI服務(wù)器需求井噴,同時(shí)也帶火了擁有超高帶寬的HBM芯片。

周二,英偉達(dá)官網(wǎng)官宣史上最強(qiáng)的AI芯片H200,其基于Hopper架構(gòu),配備英偉達(dá)H200 Tensor Core GPU,可以為生成式AI和高性能計(jì)算工作負(fù)載處理海量數(shù)據(jù)。

其中值得一提的是,H200是全球首款配備HBM3e內(nèi)存的GPU,擁有高達(dá)141GB的顯存。據(jù)SK海力士介紹,HBM3e芯片擁有更快的速度,容量也更大,在速度、發(fā)熱控制和客戶(hù)使用便利性等所有方面都達(dá)到了全球最高水平。

一直以來(lái),由于高成本等制約因素,企業(yè)往往選擇提高處理器的計(jì)算能力性能,而忽略了內(nèi)存帶寬性能。隨著AI服務(wù)器對(duì)高性能內(nèi)存帶寬提出更高要求,HBM(高帶寬內(nèi)存)成了“香餑餑”。

 

H200最大升級(jí):HBM3e

相比于前一代H100,H200在哪些方面進(jìn)行了升級(jí)?

H100相比,H200 的性能提升主要體現(xiàn)在推理性能表現(xiàn)上。在處理 Llama 2 等大語(yǔ)言模型時(shí),H200 的推理速度比 H100 提高了接近 2 倍。

相同的功率范圍之內(nèi)實(shí)現(xiàn) 2 倍的性能提升,意味著實(shí)際能耗和總體成本降低了50%。

得益于 Tansformer 引擎、浮點(diǎn)運(yùn)算精度的下降以及更快的 HBM3內(nèi)存 ,H100 在 GPT-3 175B 模型的推理性能方面已經(jīng)較 A100 提升至 11 倍。而憑借更大、更快的 HBM3e 內(nèi)存,無(wú)需任何硬件或代碼變更的 H200 則直接把性能提高至 18 倍。

從 H100 到 H200,性能提高了 1.64 倍,這一切都?xì)w功于內(nèi)存容量和帶寬的增長(zhǎng)。

H100 具有 80 GB 和 96 GB 的 HBM3 內(nèi)存,在初始設(shè)備中分別提供 3.35 TB/秒和 3.9 TB/秒的帶寬,而 H200 具有 141 GB 更快的 HBM3e 內(nèi)存,帶寬為 4.8總帶寬 TB/秒。

其他方面,據(jù)媒體分析,H200 迄今為止僅適用于 SXM5 插槽,并且在矢量和矩陣數(shù)學(xué)方面具有與 Hopper H100 加速器完全相同的峰值性能統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

什么是HBM?

出于一系列技術(shù)和經(jīng)濟(jì)因素的考量,存儲(chǔ)性能的提升速度往往跟不上處理器,過(guò)去20年硬件的峰值計(jì)算能力增加了90000倍,但是內(nèi)存/硬件互連帶寬卻只是提高了30倍。

而當(dāng)存儲(chǔ)的性能跟不上處理器,讀寫(xiě)指令和數(shù)據(jù)的時(shí)間將是處理器運(yùn)算所消耗時(shí)間的幾十倍乃至幾百倍。想象一下,數(shù)據(jù)傳輸就像處在一個(gè)巨大的漏斗之中,不管處理器灌進(jìn)去多少,存儲(chǔ)器都只能“細(xì)水長(zhǎng)流”。

為了減少能耗和延遲,將很多個(gè)普通DDR芯片堆疊在一起后和GPU封裝在一起,就得到了所謂的HBM(高帶寬內(nèi)存)。HBM通過(guò)增加帶寬,擴(kuò)展內(nèi)存容量,讓更大的模型,更多的參數(shù)留在離核心計(jì)算更近的地方,從而減少內(nèi)存和存儲(chǔ)解決方案帶來(lái)的延遲。

不過(guò),這也意味著更高的成本,在沒(méi)有考慮封測(cè)成本的情況下,HBM的成本是GDDR的三倍左右。HBM發(fā)展制約因素正是高成本,一些高級(jí)計(jì)算引擎上的HBM內(nèi)存成本往往比芯片本身還要高,因此添加更多內(nèi)存自然面臨很大的阻力。

媒體進(jìn)一步分析指出,如果添加內(nèi)存就能讓性能翻倍,那同樣的 HPC 或 AI 應(yīng)用性能將只需要一半的設(shè)備即可達(dá)成,這樣的主意顯然沒(méi)法在董事會(huì)那邊得到支持。這種主動(dòng)壓縮利潤(rùn)的思路,恐怕只能在市場(chǎng)供過(guò)于求,三、四家廠(chǎng)商爭(zhēng)奪客戶(hù)預(yù)算的時(shí)候才會(huì)發(fā)生。

接下來(lái)到了拼內(nèi)存突破的階段?

然而,隨著AI的爆火,對(duì)帶寬的要求更高,HBM需求激增。市場(chǎng)規(guī)模上,有分析預(yù)計(jì)預(yù)計(jì)2023年全球HBM需求量將增近六成,達(dá)到2.9億GB,2024年將再增長(zhǎng)30%,2025年HBM整體市場(chǎng)有望達(dá)到20億美元以上。SK海力士已表示,2024年的HBM3訂單已經(jīng)排滿(mǎn),而同樣的情況現(xiàn)在也出現(xiàn)在三星身上。

同時(shí)分析指出,無(wú)論英偉達(dá)接下來(lái)的 Blackwell B100 GPU 加速器具體表現(xiàn)如何,都基本可以斷定會(huì)帶來(lái)更強(qiáng)大的推理性能,而且這種性能提升很可能來(lái)自?xún)?nèi)存方面的突破、而非計(jì)算層面的升級(jí)。因此,從現(xiàn)在到明年夏季之間砸錢(qián)購(gòu)買(mǎi)英偉達(dá) Hopper G200沒(méi)有什么性?xún)r(jià)比可言,但快速發(fā)展也是數(shù)據(jù)中心硬件技術(shù)的常態(tài)。

此外,英偉達(dá)的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手——AMD也將在12月6日推出面向數(shù)據(jù)中心的“Antares”GPU加速器家族,包括帶有192 GB HBM3內(nèi)存的Instinct MI300X和帶有128 GB HBM3內(nèi)存的CPU-GPU混合MI300A。

算力帶動(dòng) HBM 需求井噴,HBM 持續(xù)迭代升級(jí)。

與 DDR 對(duì)比,HBM 基于 TSV 工藝與處理器封裝于同一中介層,在帶寬、面積、功耗等多方面更具優(yōu)勢(shì),緩解了數(shù)據(jù)中心能耗壓力及帶寬瓶頸。訓(xùn)練、推理環(huán)節(jié)存力需求持續(xù)增長(zhǎng)、消費(fèi)端及邊緣側(cè)算力增長(zhǎng)打開(kāi) HBM 市場(chǎng)空間。2022 年全球 HBM 市場(chǎng)規(guī)模約為36.3 億美元,預(yù)計(jì)至 2026 年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá) 127.4 億美元,CAGR 達(dá) 37%。HBM 持續(xù)迭代升級(jí),2023 年主流 HBM 從 HBM2E 升級(jí)為 HBM3 甚至 HBM3E,HBM3比重預(yù)估約為 39%,2024 年提升至 60%。當(dāng)前 HBM 市場(chǎng)仍由三大家主導(dǎo),2022 年全年 SK 海力士占 50%,三星占 40%,美光占 10%。

 

SK 海力士技術(shù)領(lǐng)先,三星/美光加速追趕。

1)SK 海力士:

技術(shù)領(lǐng)先,核心在于 MR-MUF 技術(shù),MR-MUF 能有效提高導(dǎo)熱率,并改善工藝速度和良率。SK海力士于 2021 年 10 月率先發(fā)布 HBM3,2023 年 4 月公司實(shí)現(xiàn)了全球首創(chuàng) 12層硅通孔技術(shù)垂直堆疊芯片,容量達(dá)到 24GB,比上一代 HBM3 高出 50%,SK海力士計(jì)劃在 2023 年年底前提供 HBM3E 樣品,并于 2024 年量產(chǎn),公司目標(biāo) 2026 年生產(chǎn) HBM4;

2)三星:

萬(wàn)億韓元新建封裝線(xiàn),預(yù)計(jì) 25 年量產(chǎn) HBM4。 為應(yīng)對(duì) HBM 市場(chǎng)的需求,三星電子已從三星顯示(Samsung Display)購(gòu)買(mǎi)天安廠(chǎng)區(qū)內(nèi)部分建筑物和設(shè)備,用于建設(shè)新HBM封裝線(xiàn),總投資額達(dá)到7000-10000 億韓元。三星預(yù)計(jì)將在 2023Q4 開(kāi)始向北美客戶(hù)供應(yīng) HBM3;

3)美光:

2024 年量產(chǎn) HBM3E,多代產(chǎn)品研發(fā)中。美光在此前的財(cái)報(bào)會(huì)議上表示將在 2024 年通過(guò) HBM3E 實(shí)現(xiàn)追趕,預(yù)計(jì)其 HBM3E 將于 2024Q3 或者 Q4 開(kāi)始為英偉達(dá)的下一代 GPU 供應(yīng)。11 月 6 日美光在臺(tái)灣臺(tái)中四廠(chǎng)正式開(kāi)工,宣布將集成先進(jìn)的探測(cè)和封裝測(cè)試功能,生產(chǎn) HBM3E 等產(chǎn)品。

 

國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈有望在各品類(lèi)半導(dǎo)體設(shè)備、材料受益。

1)固晶機(jī):新益昌;

2)測(cè)試機(jī)、分選機(jī)等:長(zhǎng)川科技;

3)特種氣體:華特氣體;

4)電子大宗氣體:金宏氣體、廣鋼氣體;

5)前驅(qū)體:雅克科技;

6)電鍍液:天承科技;

7)環(huán)氧塑封料:華海誠(chéng)科。

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