东京工业大学介绍BBCube 3D技术：将TSV堆叠内存与XPU垂直集成，可提升带宽、减少功耗

埃律西昂

来源： 东京工业大学官网
原标题： <BBCube 3D: A Breakthrough in Semiconductor Integration and Data Transmission - Implementing CPU/GPU and Memory in a Hybrid 3D Approach>

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更通俗的简介可参见媒体Tom's Hardware对此的报道： https://www.tomshardware.com/new ... -bandwidth-of-hbm2e
对整体BBCube技术更详细的介绍可参见以下论文： https://www.mdpi.com/2079-9292/11/2/236

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据东京理工大学的研究人员报告，一种处理单元和存储器的三维集成技术已经达到了全世界可达到的最高性能，为更快、更有效的计算铺平了道路。命名为 "BBCube 3D"，这种创新的堆叠架构实现了比最先进的内存技术更高的数据带宽，同时也最大限度地减少了位访问所需的能量。

图1：拟议的技术采用堆叠式设计，处理单元（xPU）位于多个互连的存储层（DRAM）之上。
通过用硅通孔（TSV）取代导线，连接的长度可以缩短，导致更好的整体电气性能。

在目前的数字时代，工程师和研究人员不断提出新的计算机辅助技术，这些技术需要处理器（即PU，包括GPU和CPU等）和存储芯片之间更高的数据带宽。现代带宽密集型应用的一些例子包括人工智能、分子模拟、气候预测和遗传分析。

然而，为了增加数据带宽，人们必须在PU和内存之间增加更多的电线，或者增加数据速率。第一种方法在实践中难以实现，因为上述组件之间的传输通常发生在两个维度上，使得增加更多的电线变得很棘手。另一方面，提高数据速率需要增加每次访问一个比特所需的能量，称为 "比特访问能量"，这也是一个挑战。

幸运的是，日本东京工业大学（Tokyo Tech）的一个研究小组现在可能已经找到了解决这个问题的可行方案。在最近的IEEE 2023年超大规模集成电路技术和电路研讨会的研究中，Takayuki Ohba教授及其同事提出了一项名为 "Bumpless Build Cube 3D "或BBCube 3D的技术。这项技术具有解决上述问题的潜力，可以更好地整合PU和动态随机存取存储器（DRAM）。

顾名思义，BBCube 3D最引人注目的方面是实现了PU和DRAM之间的三维连接，而不是二维（如上图1所示）。该团队能够通过使用创新的堆叠结构来实现这一壮举，其中PU模具位于多层DRAM之上，所有这些都通过硅通孔（TSVs）相互连接。

BBCube 3D的整体结构紧凑，缺乏典型的焊接微凸点，以及使用TSV来代替长线，共同促成了低寄生电容和低电阻。这在各方面改善了该器件的电气性能。

此外，研究人员实施了一项创新战略，涉及四相屏蔽输入/输出（IO），以使BBCube 3D更具抗噪声能力。他们调整了相邻IO线的时序，使它们总是彼此不相位，这意味着它们从不同时改变数值（图2）。这减少了串扰噪声，使设备的运行更加稳健。

图2：相邻的IO线总是不同相位，这意味着它们永远不会同时改变其数值。这减少了线路之间的串扰噪声，并使所提出的架构的运行更加稳健。

该团队评估了他们提出的架构的速度，并与两种最先进的内存技术进行了比较：DDR5和HBM2E。"BBCube 3D有可能实现每秒1.6兆字节的带宽，这比DDR5高30倍，比HBM2E高4倍，"Ohba教授在解释他们的实验结果时说。

此外，BBCube 3D还代表了在比特访问能量方面的一个重大突破。"由于BBCube的低热阻和低阻抗，可以缓解3D集成的典型热管理和电源问题，"Ohba教授解释说，"因此，所提出的技术可以达到显著的带宽，其位访问能量分别是DDR5和HBM2E的1/20和1/5。"

我们肯定希望BBCube 3D为更快、更有效的计算铺平道路，反过来推动众多领域的进步。

sun1a2b3c4d

按照DDR现在的发展速度不知道要追多少年……

J神

BBQ 3D？？？？？？？？？？？？

这名字是不是略不吉利啊

完颜哒哒迩

按照我初中文化水平的理解，是不是把CPU或GPU的DIE叠在DRAM的DIE上？挺好的，赶紧整，要不先把HBM2E整合到CPU的PCB基板上？

埃律西昂

完颜哒哒迩 发表于 2023-7-6 02:26
按照我初中文化水平的理解，是不是把CPU或GPU的DIE叠在DRAM的DIE上？挺好的，赶紧整，要不先把HBM2E整合到C ...

看起来，大致可以说“像是”把HBM丢到各种处理器的下面。