【IC】HBM被禁后的规避方案

这是一个非常现实且硬核的问题。答案是:可以 Work around,但会非常痛苦,且性能会打折。

如果 HBM 被禁,确实有几种技术路线可以尝试替代,但没有一种能完美复刻 HBM 的"带宽/功耗/面积"三角平衡。

以下是三种主要的替代方案及其利弊分析:

方案一:3D 堆叠 DRAM (SeDRAM / 3D-IC)

这是目前国内技术路径中最接近 HBM 的方案。其核心思想是:既然买不到 HBM 颗粒,那就自己把普通的 DRAM 晶圆通过混合键合(Hybrid Bonding)直接"贴"在逻辑芯片上,或者堆叠起来。

  • 原理:利用 Wafer-on-Wafer (WoW) 或 Die-to-Wafer (D2W) 技术,通过 TSV(硅通孔)实现垂直互连。国内像**长存(YMTC)**的 Xtacking 技术本质上就是这种堆叠。
  • 利 (Pros)
    • 带宽极高:因为是垂直互连,接口密度甚至比 HBM 还高(HBM 还是微凸块,这个是直接铜对铜键合)。
    • 延迟极低:甚至比 HBM 还低,因为没有中间的基板(Interposer)。
  • 弊 (Cons)
    • 散热地狱:DRAM 怕热,逻辑芯片(GPU)发热巨大。把它们叠在一起(3D),中间的热散不出去,DRAM 会频繁报错(Refresh 变慢)。
    • 良率风险:一个坏点可能导致整颗芯片(GPU+DRAM)报废,成本极高。
    • 容量受限:目前很难像 HBM 那样轻松堆叠 8 层、12 层,容量做不大。

方案二:GDDR7 阵列 (人海战术)

这是最成熟、最现实的工程化方案。既然单颗显存带宽不够,那就多铺几颗。

  • 原理 :在 GPU 周围铺满 GDDR7 颗粒。HBM3E 的单颗带宽约 1.2 TB/s,而单颗 GDDR7 约 192 GB/s。
    • 算账 :你需要 6 颗 GDDR7 才能勉强打平 1 颗 HBM3E 的带宽。
  • 利 (Pros)
    • 供应链安全:GDDR7 是标准品,很难完全封锁,且封装不需要 CoWoS 这种高端工艺,普通封装即可。
    • 成本低:相比 HBM 的天价,GDDR 便宜太多了。
  • 弊 (Cons)
    • PCB 面积爆炸 :要达到 H100 的 3.3 TB/s 带宽,你需要铺 18~20 颗 GDDR7。这需要巨大的 PCB 面积,导致计算卡体积巨大。
    • 功耗飙升:GDDR7 是为了跑长线设计的,单 bit 功耗远高于 HBM。这会导致整卡功耗可能突破 1000W。

方案三:大容量 SRAM + 分布式计算 (架构创新)

这是像 GraphcoreCerebras 走的路线。既然显存慢,那我就把模型塞进片上缓存(SRAM)里,或者用几千个小芯片互连。

  • 原理:抛弃外挂显存,在芯片内部做巨大的 SRAM 池(比如几百 MB),然后通过超高速互连(如私有 SerDes)把几百个芯片连成一个大池子。
  • 利 (Pros)
    • 避开 HBM 限制:完全不需要 HBM。
    • 计算效率高:数据就在计算单元旁边,不需要搬运。
  • 弊 (Cons)
    • SRAM 太贵太小:单位面积的 SRAM 容量只有 DRAM 的几十分之一。存不下大模型(LLM)。
    • 软件生态难:需要专门的编译器来切分模型,很难兼容现有的 CUDA 生态。

总结与建议

如果 HBM 被禁,短期内最可行的 Workaround"GDDR7 + 芯片互连"

  1. 单卡降级:接受单卡带宽下降的事实,用 GDDR7 替代,虽然带宽只有 HBM 的 1/3 ~ 1/2,功耗还高。
  2. 集群补救 :大力发展 Scale-out 能力。通过高速 SerDes (以太网/私有协议) 把更多的卡连起来。
    • 逻辑:单卡跑得慢,我就用 10 张卡跑别人 1 张卡的工作量。只要互连够快,就能用数量弥补质量。

这也是目前国内很多 AI 芯片厂商(如华为昇腾、寒武纪等)正在努力的方向:既然单点(显存)被卡脖子,那就靠系统(集群互连)来突围。

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