news 2026/7/4 4:11:33

【IC】HBM的通信物理层

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张小明

前端开发工程师

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【IC】HBM的通信物理层

这是一个非常关键的技术细节问题。虽然 HBM 和 UCIe 都在解决“封装内高带宽互连”的问题,但HBM 并没有使用 UCIe 协议

HBM 走的是一条**“超级魔改版 DDR”**的路线。

1. HBM 的通信本质:极度并行的单端信号

HBM (High Bandwidth Memory) 的物理层可以看作是DDR 物理层的“微缩密集版”

  • 信号类型单端信号 (Single-Ended)

    • 这一点非常重要!HBM 的数据线(DQ)不是差分线(SerDes/PCIe/UCIe 那种两根线传 1bit),而是一根线传 1bit。
    • 为什么?为了省线。HBM 有 1024 根数据线,如果用差分就要 2048 根,硅中介层(Interposer)也画不下。
  • 时钟机制源同步 (Source Synchronous)

    • 这和 DDR 完全一样。数据发送时,旁边伴随着一对时钟信号 (WDQS/RDQS)。接收端用这个时钟去采样数据。
    • 没有 CDR:不像 SerDes 需要复杂的时钟恢复电路,HBM 直接把时钟给你送过去。
  • 电压摆幅极低电压 (0.4V ~ 1.1V)

    • 为了省电,信号摆幅非常小,远低于普通 DDR 的 1.1V。

2. HBM vs UCIe:同在封装内,为何不同路?

虽然它们都住在 Chiplet 的大房子里(CoWoS 封装),但它们的“户口”不同:

特性HBM (HBM3/3E)UCIe (UCIe 1.1)
出身内存家族 (JEDEC)IO家族 (Intel/AMD)
信号类型单端 (Single-ended)单端 (标准版) / 差分 (高级版)
时钟双向 DQS (源同步)单向转发时钟 (Forwarded Clock)
协议层纯内存读写指令 (ACT, PRE, READ)类似 PCIe/CXL 的包交换 (Flit-based)
位宽固定 1024 bit灵活配置 (x16 ~ xN)
目标只连内存万物互连(Die-to-Die)
  • 关键差异点协议开销
    • HBM为了极致的低延迟,依然保留了 DRAM 的行/列地址选通架构。如果你用 UCIe 去连 HBM,你需要把简单的“读地址 0x1234”指令打包成复杂的 UCIe 数据包,发过去后再解包,这会增加几十纳秒的延迟,对显存来说是不可接受的。

3. 未来:UCIe 会“吞噬”HBM 吗?

虽然现在 HBM 用的是私有物理层,但业界确实有融合的趋势。

  • UCIe-Streaming 模式:UCIe 协议里有一个“裸奔模式”(Streaming Protocol),允许你跳过复杂的协议层,直接利用 UCIe 的物理层(PHY)去传输自定义数据。
  • 可能性:未来也许会出现一种“HBM over UCIe”的设计,即用 UCIe 的物理层(因为 UCIe 的 PHY 正在变得越来越标准化和强大)来传输 HBM 的数据指令。但这需要 JEDEC(内存协会)和 UCIe 联盟(互连联盟)坐下来喝杯茶谈妥才行。

总结

  • HBM 通信方式1024 位超宽并行总线 + 单端信号 + 源同步时钟。本质上是把 DDR 的物理层拍扁、缩小、加密后塞进了封装里。
  • 为什么不用 UCIe?因为 HBM 需要极低的访问延迟特定的内存控制指令,目前的 UCIe 协议包结构对它来说还是太“重”了。
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