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爱范儿 · 18:15 约 2 分钟读完

苹果小米英伟达齐发力,内存带宽成AI硬件新战场

摘要

苹果、小米、英伟达近期相继发布新品,不约而同将内存带宽作为核心卖点。苹果Mac系列最高达1.2TB/s,小米玄戒O100达1.22TB/s,英伟达RTX 5090接近1.8TB/s。这背后是AI计算面临的内存墙瓶颈,厂商正从架构、封装等多维度寻求突破。

苹果小米英伟达齐发力,内存带宽成AI硬件新战场
图片来源:爱范儿

随着AI大模型对算力需求的激增,内存带宽正成为制约系统性能的关键瓶颈。近期,苹果、小米、英伟达等芯片厂商的新品不约而同地将内存带宽作为核心卖点,试图突破这一物理限制。苹果最新发布的Mac系列中,标准版M6统一内存带宽达170GB/s,M5 Pro版本提升至307GB/s,而顶配M5 Ultra更是跨过TB级大关,达到1.2TB/s。小米公布的端侧AI加速芯片玄戒O100同样实现了1.22TB/s的带宽,英伟达消费级旗舰RTX 5090则凭借32GB GDDR7显存将带宽推至接近1.8TB/s。

内存带宽之所以如此重要,是因为大模型运行时的自回归生成阶段,计算单元每生成一个新token都需将内存中的数十亿参数权重完整读取一遍。这导致算力再强,若数据搬运不及时,处理器也只能空转等待,形成所谓的memory-bound(内存受限)现象。这一瓶颈源自经典的冯·诺依曼架构,存储与计算分离的设计使得数据必须通过总线来回传输,而算力增速远超内存带宽增速,差距持续扩大。

为应对这一挑战,芯片厂商从不同技术路径给出了解法。英伟达采用512-bit超宽位宽与GDDR7显存组合,以最直接的方式拉高带宽;小米玄戒O100则采用晶圆级垂直堆叠(Wafer-on-Wafer),将两层DRAM晶圆直接压在NPU计算晶圆上方,通过微米级垂直互联实现高带宽;苹果则通过统一内存架构消除CPU与GPU间数据复制,并利用雷雳5接口支持多设备集群,进一步扩展带宽能力。

此外,存储巨头正将产能向AI数据中心所需的HBM和高规格服务器DDR5倾斜,挤压了消费级PC DRAM的供给,导致合约价格持续上涨。美光已宣布逐步退出消费级内存业务,SK海力士也终止了部分第三方品牌授权店运营。这反映出普通消费者加装内存的预算,正与全球AI数据中心争夺同一批先进晶圆产能。

更前沿的探索则指向存内计算(PIM)和计算存储(CIM),试图将部分计算单元直接集成到存储颗粒附近,从根本上减少数据搬运距离。尽管这些技术尚待成熟,但方向已明确:未来的芯片设计必须让数据少走几步路。正如1995年计算机科学家William A. Wulf和Sally A. McKee在论文《Hitting the Memory Wall》中预见的,内存墙问题正随着大模型爆发而愈发凸显,成为整个行业必须直面的核心挑战。

内存带宽AI芯片内存墙
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