High Bandwidth Memory

High Bandwidth Memory (HBM)



High Bandwidth Memory（ハイ・バンドウィドス・メモリ、略称HBM）は、国際的な標準化団体であるJEDECによって規格化された、先進的な広帯域幅を持つ半導体メモリ技術です。この技術の最大の特徴は、Through Silicon Via (TSV) と呼ばれるシリコンウェハーを貫通する微細な穴を用いて、複数のメモリチップを垂直方向に積み重ねる「ダイスタッキング」構造を採用している点にあります。

この革新的なメモリは、北米時間2015年6月16日に、当時開発コードネーム「Fiji」と呼ばれていたAMD社の新しいグラフィック製品群で初めて市場に投入されました。

開発の背景と目的



HBMが登場する以前、特にグラフィックカードの分野では、主要なメモリ技術としてGDDR（Graphics Double Data Rate）が広く使われていました。従来のGDDR5のようなメモリでは、チップそのもののサイズに加え、メモリとプロセッサ（GPUなど）との間を広帯域で接続するために必要なデータバス幅が広がることで、プリント基板上での占有面積が大きくなるという課題を抱えていました。さらに、プロセッサとメモリ間の物理的な距離が長くなることで、信号品質を維持するために駆動電圧を上げる必要が生じ、結果としてメモリの消費電力が増加するという問題がありました。これらの要因は、最終的にメモリの性能や電力効率が、高性能化が進むGPU全体の能力を引き出す上でのボトルネックとなることが懸念されていました。

こうした問題を解決するため、HBMはメモリチップを垂直に積み重ね、プロセッサのすぐ隣に配置することを可能にしました。これにより、メモリとプロセッサ間を非常に短く、かつ非常に幅の広い（つまり高帯域幅の）バスで接続することが可能となり、データ転送効率が飛躍的に向上しました。同時に、信号伝送距離が短縮されたことで、低い電圧での動作が可能となり、消費電力の削減にも大きく貢献しました。

特徴と市場での推移



HBM技術は、省スペース性、非常に高いデータ帯域幅、そして優れた電力効率という多くの利点をもたらしました。しかし、高度なTSV技術を用いたダイスタッキングは製造コストが高くつくという大きな課題も伴いました。このコスト要因のため、HBMは登場初期の2015年から2019年頃にかけては、AMDのRadeonシリーズの中でも特に価格の高いハイエンドモデルに限定的に搭載されるにとどまりました。

その後、市場全体の流れとしては、ゲーム機を含む一般的な消費者向けGPUにおいては、コストパフォーマンスに優れ、性能も向上したGDDR6やその改良版であるGDDR6Xが広く普及する結果となりました。一方、HBMはその高い性能と電力効率が求められる、特定の高性能計算分野で採用が続きました。具体的には、NVIDIA社のTeslaやAMD社のRadeon Instinctといった非常に高価なGPGPU（General-Purpose computing on Graphics Processing Units）と呼ばれるHPC（高性能計算）やAI用途向けのGPUや、FPGA（Field-Programmable Gate Array）を用いたアクセラレータなどでの採用に限られる傾向が強まりました。

近年の動向と将来展望



転機となったのは、2022年後半にOpenAIがChatGPTをリリースしたことを端に発する、生成AIの開発競争の激化です。大規模な言語モデルのトレーニングや推論には、膨大なデータを高速に処理するための極めて高いメモリ帯域幅が不可欠であり、HBMはその要求を満たす数少ない技術として再び脚光を浴びることになりました。これにより、HBM3などの後継規格を含むHBMメモリの需要は企業間で急速に高まっています。

また、HBMはAI用途だけでなく、スーパーコンピュータのような大規模計算システムでもその能力を発揮しています。例えば、日本のスーパーコンピュータ「富岳」や、アメリカのAuroraスーパーコンピュータなどでも、HBMは主要なメモリとして採用され、その高性能化を支えています。

技術開発も続いており、2025年4月には、さらなる省電力化、高速化、そして帯域幅の拡大を目指した後継規格であるHBM4の策定が発表されました。このように、HBMはコストという課題は残るものの、AIや高性能計算といった最先端分野においては、そのユニークな技術特性から今後も重要な役割を担っていくと予測されています。

関連技術・発展



HBMの登場は、メモリ技術が従来の2次元配置から3次元積層へと進化する流れを加速させました。類似の技術として、CPUなどのロジックチップ上に少量の広帯域メモリを搭載するeDRAM（embedded DRAM）などがありますが、HBMはより大容量のメモリを積層し、プロセッサと協調して動作する点で異なります。HBMは、高性能計算システムにおけるメモリのボトルネックを解消し、AI時代の到来と共にその重要性を増している、注目のメモリ技術と言えるでしょう。

関連項目



  • - eDRAM
  • - GDDR
  • - TSV (Through Silicon Via)

外部リンク



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