سامسونگ سه فناوری حافظه نسل بعدی را برای دیتاسنترهای هوش مصنوعی معرفی کرد

این هفته، سامسونگ (Samsung) چشم‌انداز خود را برای راهکارهای حافظه و ذخیره‌سازی نسل بعدی، هم برای کاربردهای هوش مصنوعی و هم اهداف عمومی، در کنفرانس آینده حافظه و ذخیره‌سازی (FMS) سال ۲۰۲۶ ارائه کرد. این شرکت فناوری‌های zHBM، zNAND-O و BV-NAND را در این رویداد معرفی کرد و در حالی که آن‌ها برای کاربردهای بسیار متفاوتی هدایت می‌شوند، یک جزء مشترک دارند: همه آن‌ها به پیوند ویفر (Wafer Bonding) متکی هستند.

در ادامه، تفکیکی از هر نوع فناوری که این شرکت اعلام کرده است آورده شده است.

• zHBM: چشم‌انداز سامسونگ برای حافظه فوق‌العاده با عملکرد بالای سفارشی HBM که در بالای دای‌های منطقی قرار خواهد گرفت.
• zNAND-O: حافظه NAND که می‌توانند در بالای یک دستگاه منطقی پیوند داده شوند تا پهنای باند را به حداکثر برسانند، تاخیر را کاهش دهند و مصرف برق را به حداقل برسانند.
• BV-NAND (معروف به نسل دهم V-NAND سامسونگ): رویکرد سامسونگ به پیوند آرایه‌های NAND در بالای تمام مدارهای لازم برای کارکرد آن‌ها. این اساساً فناوری سه‌بعدی نند (3D NAND) نسل بعدی است که امروزه تقریباً توسط همه از جمله کیوکیا/سندیسک (Kioxia/Sandisk)، اس‌کی هانیکس (SK Hynix) و YMTC (که اولین شرکتی بود که چنین روشی را اتخاذ کرد) استفاده می‌شود.

این مقاله پیش‌نمایشی از نوع محتوایی است که خوانندگان می‌توانند از خدمات اشتراک ما یعنی Tom's Hardware Premium انتظار داشته باشند. اگر به محتوای فنی بیشتری که صنعت سخت‌افزار را پوشش می‌دهد علاقه‌مند هستید، با هزینه کم یعنی ۲۹ دلار در سال یا ۷ دلار در ماه اشتراک تهیه کنید.

zHBM: قرار دادن پشته HBM در بالای منطق

تقریباً در همان زمانی که برای اولین بار درباره رابط ۲۰۱۸ بیتی HBM4 شنیدیم، گزارش «نیمه رسمی» را خواندیم که اس‌کی هانیکس و شرکایش در حال بررسی یکپارچه‌سازی عمودی پشته‌های HBM4 در بالای پردازنده‌های منطقی بودند. تا حد زیادی، شرکت‌ها در حال بررسی نصب این پشته‌های حافظه در بالای پردازنده‌های خود بودند زیرا تردید داشتند که استفاده از اینترپوسزها برای اتصال پشته‌های HBM4 به شتاب‌دهنده‌های هوش مصنوعی ممکن و عملی باشد. با گذشت زمان، مشخص شد که یکپارچه‌سازی حافظه در بالای منطق در زمینه خنک‌کنندگی، رساندن توان و توسعه اینترپوسزهایی که بتوانند یک رابط حافظه ۲۰۱۸ بیتی را مدیریت کنند، پیچیده است. به نظر می‌رسد zHBM سامسونگ ادامه آن تلاش باشد.

مفهوم zHBM سامسونگ، HBM را مستقیماً در بالای یک شتاب‌دهنده هوش مصنوعی به جای پیرامون آن قرار می‌دهد، که فاصله طی شده توسط داده‌ها بین محاسبات و حافظه را به شدت کاهش می‌دهد. این شرکت می‌گوید این معماری می‌تواند پهنای باند و بهره‌وری انرژی را افزایش دهد و پیش‌بینی می‌کند که می‌تواند «۸ برابر عملکرد HBM5» را فراهم کند، در حالی که انتظار می‌رود پیوند ویفر پیشرفته آن بیش از ۱۰ برابر چگالی حافظه بالاتر، ۳ برابر بهره‌وری انرژی بهتر و بیش از ۵۰ درصد مقاومت حرارتی کمتر نسبت به HBM5 را امکان‌پذیر کند.

در حالی که ادعاهای سامسونگ درباره zHBM فوق‌العاده چشمگیر به نظر می‌رسند، اما مبهم هستند. برای مثال، هنگامی که این شرکت ادعا می‌کند که «یک سیستم رابط نسل بعدی شامل zHBM» «تقریباً هشت برابر عملکرد HBM5» را ارائه خواهد داد، هرگز صراحتاً بیان نمی‌کند که آیا این به پهنای باند حافظه، عملکرد واقعی برنامه به دلیل ترکیبی از بهبودها نسبت به HBM5 استاندارد، یا چیز دیگری اشاره دارد. اگر سامسونگ قصد مقایسه پهنای باند خام را داشت، احتمالاً از عبارات دقیق‌تری مانند «پهنای باند ۸ برابر بیشتر» استفاده می‌کرد.

در عوض، اصطلاح کلی «عملکرد» ممکن است معانی زیادی داشته باشد. همین امر در مورد ارجاعات بهبود بهره‌وری انرژی، چگالی حافظه بالاتر و مقاومت حرارتی کمتر در مقایسه با HBM5 صدق می‌کند؛ استانداردی که هنوز به طور کامل تعریف یا تصویب نشده است. برای نامشخص‌تر کردن موضوع، سامسونگ به مقاومت حرارتی اشاره می‌کند که به جای استاندارد، به پیاده‌سازی بستگی دارد. در نهایت، سامسونگ فاش نکرد که از کدام فناوری انباشته/پیوند دای برای zHBM استفاده خواهد کرد.

در هر صورت، سامسونگ می‌گوید که zHBM همچنین از طرح‌های خاص مشتری پشتیبانی خواهد کرد و اجازه می‌دهد IP سفارشی در لایه اتصال (که نقشی مشابه دای پایه ایفا می‌کند، اگرچه قطعاً خود یک دای پایه نیست) بین پشته HBM و پردازنده هوش مصنوعی یکپارچه شود، که اساساً به این معنی است که zHBM لزوماً یک راهکار استاندارد صنعتی نیست، بنابراین ممکن است با مزایای اضافی پیاده‌سازی شود.

در حال حاضر، سامسونگ هیچ بازه زمانی را برای زمانی که قصد دارد راهکارهای zHBM خود را ارائه دهد، فاش نکرده است. تنها سرنخ این است که آن را با HBM5 مقایسه می‌کند، که احتمالاً در اواخر دهه ۲۰۲۰ یا اوایل دهه ۲۰۳۰ روز روشنی را خواهد دید.

zNAND-O (روی دستگاه): قرار دادن ذخیره‌سازی نزدیک به محاسبات

سامسونگ همچنین zNAND-O را رونمایی کرد، یک حافظه NAND با عملکرد بالا که در حال حاضر در حال توسعه است و امکان قرار دادن چهار یا هشت پشته از دستگاه‌های NAND را در بالای دای‌های منطقی فراهم می‌کند. دستگاه zNAND-O بر اساس پلتفرم V-NAND این شرکت (یا بهتر است بگوییم BV-NAND) است و قصد دارد چگالی ذخیره‌سازی بالا را با عملکرد بهبود یافته I/O و تاخیر کم ترکیب کند.

سامسونگ ادعا می‌کند که این فناوری برای سیستم‌های هوش مصنوعی لبه که بارهای کاری استنتاجی بی‌درنگ و فشرده از داده را اجرا می‌کنند مناسب است، البته کاربردهای بسیار دیگری وجود دارد که می‌توانند از ذخیره‌سازی روی پکیج با عملکرد بالا بهره‌مند شوند.

از آنجا که این فناوری در حال توسعه است، سامسونگ اطلاعات زیادی درباره آن به اشتراک نگذاشته است و حتی شماطه‌های نحوه برنامه‌ریزی خود برای قرار دادن لایه‌های zNAND-O در بالای یک منطق را مخفی نگه داشته است. ما می‌توانیم حدس بزنیم که از آنجا که سامسونگ به «عملکرد بهبود یافته I/O و تاخیر کم» اشاره می‌کند، ممکن است برنامه‌ریزی کند تا از معماری ذاتی موازی حافظه NAND با یک رابط کاربری با عملکرد بالا بهره‌برداری کند، البته برای جلوگیری از بیش از حد گمانه‌زنی شدن بحث، وارد جزئیات نخواهیم شد.

BV-NAND: V-NAND قدیمی و خوب درمان جدیدی دریافت می‌کند

با BV-NAND، سامسونگ اساساً نام تجاری جدیدی را برای 3D NAND نسل بعدی خود معرفی می‌کند که آرایه NAND را در بالای ویفر I/O و منطق پیوند می‌دهد. این به نوبه خود، خود لایه را با استفاده از فناوری‌های پردازش منطقی با عملکرد بالا تولید می‌کند و سرعت‌های I/O بالاتری را امکان‌پذیر می‌سازد.

سامسونگ رسماً V-NAND کلاس ۴۰۰ لایه (معروف به نسل دهم V-NAND) خود را مدتی پیش اعلام کرد و حتی فاش کرد که چگالی سطحی آن ۲۸ گیگابیت بر میلی‌متر مربع خواهد بود و حداکثر سرعت I/O به ۵۶۰۰ مگاتراکنش بر ثانیه می‌رسد. این احتمالاً استفاده از پین‌اوت متفاوتی را نسبت به پکیج‌های 3D NAND مورد استفاده امروزه مشخص می‌کند. در حالی که چگالی سطحی TLC V-NAND نسل دهم سامسونگ در مقایسه با BiCS10 TLC NAND شرکت کیوکیا/سندیسک کمی کمتر است، حداکثر سرعت I/O آن به طور قابل توجهی بالاتر است، که شاید برند تجاری جدید را توجیه کند.

با توجه به اینکه سامسونگ به ندرت حافظه خود را به اشخاص ثالث می‌فروشد و ترجیح می‌دهد خودش SSDهای کلاینت را به بازار عرضه کند، یک برند تجاری جدید برای حافظه می‌تواند محرک فروش باشد، حتی اگر عملکرد واقعی درایو رده بالا توسط رابط PCIe 5.0 x4 به جای I/O حافظه 3D NAND محدود شود. باز هم، عملکرد SSDهای میان‌رده PCIe نسل ۵ که به کنترلر NAND چهار کاناله متکی هستند، امروزه به I/O حافظه 3D NAND بستگی دارد، بنابراین بازاریابی آن‌ها تحت یک برند حافظه فلش جدید راهی مطمئن برای جلب توجه و سپس فروش عملکرد مناسب است.

همانطور که از نام جدید نمایشگاه تجاری FMS پیداست، این اعلامیه‌ها به نیازهای بسیار متمایز صنعت اشاره دارند. در مورد سامسونگ، ما در مورد شتاب‌دهنده‌های هوش مصنوعی در سطح دیتاسنتر با عملکرد بالا صحبت می‌کنیم؛ کاربردهایی که به ذخیره‌سازی با تاخیری کمتر از حدود ۵۰ تا ۶۰ میکروثانیه SSDهای PCIe رده بالا مدرن نیاز دارند، البته خواهیم دید که چگونه با Z-NAND مقایسه می‌شود، و اساساً نسل جدیدی از 3D NAND مرسوم با یک برند جدید.

به جز BV-NAND کلاس ۴۰۰ لایه سامسونگ که قرار است در آینده قابل پیش‌بینی وارد بازار شود، فناوری‌های جدید این شرکت، مانند zHBM و zNAND-O، سال‌ها با عرضه فاصله دارند.