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

این هفته، شرکت سامسونگ (Samsung) چشم‌انداز خود را برای نسل بعدی راهکارهای حافظه و ذخیره‌سازی، هم برای کاربردهای هوش مصنوعی و هم اهداف همه‌منظوره، در کنفرانس آینده حافظه و ذخیره‌سازی (FMS) ۲۰۲۶ ارائه کرد. این شرکت در این رویداد از فناوری‌های zHBM، zNAND-O و BV-NAND رونمایی کرد و با اینکه آن‌ها برای کاربردهای بسیار متفاوتی در نظر گرفته شده‌اند، اما یک ویژگی مشترک دارند: همگی به فناوری پیوند ویفر (Wafer Bonding) متکی هستند.

در ادامه، تفکیکی از هر یک از این فناوری‌های اعلام‌شده توسط شرکت آورده شده است.

• zHBM: چشم‌انداز سامسونگ برای حافظه سفارشی‌سازی‌شده و با عملکرد فوق‌العاده بالا از نوع HBM که در بالای دای‌های منطقی قرار می‌گیرد.
• zNAND-O: حافظه NAND که می‌تواند در بالای یک دستگاه منطقی پیوند بخورد تا پهنای باند را به حداکثر رسانده، تاخیر را کاهش دهد و مصرف برق را به حداقل برساند.
• BV-NAND (همچنین شناخته‌شده به عنوان نسل دهم V-NAND سامسونگ): رویکرد سامسونگ در زمینه پیوند دادن آرایه‌های NAND در بالای تمام مدارات مورد نیاز برای راهبری آن‌ها. این فناوری اساساً نسل بعدی تکنولوژی سه‌بعدی NAND است که امروزه تقریباً توسط همه از جمله کیوکسیا/سن‌دیسک (Kioxia/Sandisk)، اس‌کی های‌پیکس (SK Hynix) و وای‌ام‌تی‌سی (YMTC) که اولین شرکتی بود از چنین روشی استفاده کرد به‌کار گرفته می‌شود.

zHBM: قرار دادن پشته HBM در بالای بخش منطقی

حدود زمانی که ما برای اولین بار درباره رابط ۲۰۴۸ بیتی HBM4 شنیدیم، گزارشی «نیمه‌رسمی» را مطالعه کردیم که نشان می‌داد اس‌کی های‌پیکس و شرکایشپارچه‌سازی عمودی پشته‌های HBM4 را در بالای پردازنده‌های منطقی بررسی می‌کنند. تا حد زیادی، شرکت‌ها نصب این پشته‌های حافظه را در بالای پردازنده‌های خود مدنظر قرار داده بودند؛ چرا که تردید داشتند استفاده از اینترپوزرها برای اتصال پشته‌های HBM4 به شتاب‌دهنده‌های هوش مصنوعی، عملی و امکان‌پذیر باشد. با گذشت زمان، مشخص شد که پارچه‌سازی حافظه در بالای بخش منطقی از نظر خنک‌سازی، رساندن توان الکتریکی و توسعه اینترپوزرهایی که بتوانند رابط حافظه ۲۰۴۸ بیتی را مدیریت کنند، پیچیده است. فناوری zHBM سامسونگ به نظر می‌رسد ادامه‌ای بر همین تلاش باشد.

مفهوم zHBM سامسونگ، حافظه HBM را مستقیماً در بالای یک شتاب‌دهنده هوش مصنوعی قرار می‌دهد و نه در حاشیه آن، که این امر فاصله مسافتی را که داده‌ها باید بین بخش محاسباتی و حافظه طی کنند به شدت کاهش می‌دهد. این شرکت می‌گوید این معماری می‌تواند پهنای باند و بهره‌وری توان را افزایش دهد و پیش‌بینی می‌کند که می‌تواند ۸ برابر عملکرد HBM5 را فراهم کند؛ در حالی که انتظار می‌رود پیوند ویفر پیشرفته آن، چگالی حافظه بیش از ۱۰ برابر بالاتر، بهره‌وری انرژی ۳ برابر بهتر و مقاومت حرارتی بیش از ۵۰ درصد کمتر نسبت به HBM5 را امکان‌پذیر سازد.

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

در عوض، اصطلاح کلی «عملکرد» ممکن است معانی زیادی داشته باشد. همین موضوع در مورد اشاره به بهبود بهره‌وری توان، چگالی حافظه بالاتر و مقاومت حرارتی کمتر در مقایسه با HBM5 صادق است؛ استانداردی که هنوز به طور کامل تعریف یا تصویب نشده است. برای نامشخص‌تر کردن اوضاع، سامسونگ به مقاومت حرارتی اشاره می‌کند که بیشتر به نحوه پیاده‌سازی بستگی دارد تا خود استاندارد. در نهایت، سامسونگ فاش نکرد که از چه فناوری پشته‌سازی/پیوند دای برای zHBM استفاده خواهد کرد.

در هر صورت، سامسونگ می‌گوید که zHBM از طرح‌های سفارشی مشتریان نیز پشتیبانی خواهد کرد و امکان ادغام IP سفارشی را در لایه اتصال متقابل فراهم می‌سازد (لایه‌ای که نقشی مشابه دای پایه ایفا می‌کند، هرچند قطعا خود یک دای پایه نیست) که بین پشته HBM و پرداز لایه هوش مصنوعی قرار دارد؛ این یعنی zHBM لزوماً یک راهکار استاندارد صنعتی نیست و ممکن است با مزایای اضافی پیاده‌سازی شود.

در حال حاضر، سامسونگ هیچ‌گونه بازه زمانی مشخصی برای عرضه راهکارهای zHBM خود اعلام نکرده است. تنها سرنخ این است که آن را با HBM5 مقایسه می‌کند که احتمالاً در اواخر دهه ۲۰۲۰ یا اوایل دهه ۲۰۳۰ میلادی به بازار خواهد آمد.

zNAND-O (مبتنی بر دستگاه): قرار دادن فضای ذخیره‌سازی نزدیک به بخش محاسباتی

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

سامسونگ ادعا می‌کند که این فناوری برای سیستم‌های هوش مصنوعی لبه (Edge AI) که در حال اجرای بارهای کاری استنتاجی بی‌درنگ و داده‌محور هستند مناسب است، البته کاربردهای بسیار دیگری نیز وجود دارند که می‌توانند از حافظه ذخیره‌سازی درون‌پک با عملکرد بالا بهره‌مند شوند.

از آنجا که این فناوری هنوز در مرحله توسعه است، سامسونگ اطلاعات زیادی درباره آن به اشتراک نگذاشته است و حتی شماطه‌ها و طرح‌های نحوه برنامه‌ریزی خود برای قرار دادن لایه‌های zNAND-O در بالای بخش منطقی را محرمانه نگه داشته است. ما می‌توانیم حدس بزنیم که از آنجا که سامسونگ به «عملکرد بهبودیافته ورودی/خروجی و تاخیر کم» اشاره می‌کند، ممکن است برنامه‌ریزی کرده باشد تا از معماری ذاتاً موازی حافظه NAND همراه با یک رابط کاربری با عملکرد بالا بهره‌برداری کند، هرچند برای جلوگیری از گمانه‌زنی بیش از حد، وارد جزئیات بیشتر نمی‌شویم.

BV-NAND: فناوری قدیمی و محبوب V-NAND با رویکردی جدید

با معرفی BV-NAND، سامسونگ در واقع نام تجاری جدیدی را برای نسل بعدی فناوری سه‌بعدی NAND خود معرفی می‌کند که آرایه NAND را در بالای ویفر ورودی/خروجی و بخش منطقی پیوند می‌زند. این امر به نوبه خود، خود لایه را با استفاده از فناوری‌های پردازش منطقی با عملکرد بالا تولید کرده و سرعت‌های ورودی/خروجی بالاتری را ممکن می‌سازد.

سامسونگ پیش‌تر به‌طور رسمی V-NAND کلاس ۴۰۰ لایه‌ای خود (معروف به نسل دهم V-NAND) را اعلام کرده بود و حتی فاش کرد که چگالی سطحی آن ۲۸ گیگابیت بر میلی‌متر مربع خواهد بود و حداکثر سرعت ورودی/خروجی آن به ۵۶۰۰ مگاتانز بر ثانیه (MT/s) می‌رسد. این احتمالاً استفاده از یک پین‌اوت متفاوت با بسته‌های سه‌بعدی NAND مورد استفاده امروزی را ایجاب می‌کند. در حالی که چگالی سطحی TLC V-NAND نسل دهم سامسونگ در مقایسه با BiCS10 TLC NAND شرکت کیوکسیا/سن‌دیسک کمی کمتر است، حداکثر سرعت ورودی/خروجی آن به‌طور چشمگیری بالاتر است که شاید توجیهی برای نام‌گذاری تجاری جدید باشد.

با توجه به این واقعیت که سامسونگ به ندرت حافظه خود را به شخص ثالث می‌فروشد و ترجیح می‌دهد درایوهای حالت جامد (SSD) مشتریان را خودش به بازار عرضه کند، یک نام تجاری جدید برای حافظه می‌تواند محرکی برای فروش باشد، حتی اگر عملکرد واقعی درایوهای رده‌بالا به جای ورودی/خروجی حافظه سه‌بعدی NAND، توسط رابط PCIe 5.0 x4 محدود شده باشد. از سوی دیگر، عملکرد SSDهای میان‌رده PCIe نسل ۵ که به کنترلر NAND چهار کاناله متکی هستند، امروزه به ورودی/خروجی حافظه سه‌بعدی NAND بستگی دارد؛ بنابراین بازاریابی آن‌ها تحت یک برند جدید حافظه فلش، راهی مطمئن برای جلب توجه و سپس فروش عملکردی مناسب است.

استراتژی برند جدید سامسونگ

همان‌طور که از نام جدید نمایشگاه تجاری FMS پیداست، این معرفی‌ها به نیازهای بسیار متمایز صنعت اشاره دارند. در مورد سامسونگ، صحبت از شتاب‌دهنده‌های هوش مصنوعی در سطح مراکز داده با عملکرد بالا است؛ کاربردهایی که به ذخیره‌سازی با تاخیر کمتر از حدود ۵۰ تا ۶۰ میکروثانیه در مقایسه با SSDهای PCIe رده‌بالای مدرن نیاز دارند، هرچند باید ببینیم در مقایسه با Z-NAND چگونه عمل می‌کند، و اساساً نسلی جدید از NAND سه‌بعدی مرسوم با برندی جدید.

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