در هفته جاری، شرکت 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) ۲۰۲۶ ارائه کرد. این شرکت در این رویداد فناوریهای zHBM، zNAND-O و BV-NAND را معرفی کرد و اگرچه این فناوریها برای کاربردهای بسیار متفاوتی در نظر گرفته شدهاند، اما یک ویژگی مشترک دارند: همگی آنها به اتصال ویفر (Wafer Bonding) متکی هستند.
در ادامه، جزئیات هر یک از فناوریهای اعلامشده توسط این شرکت بررسی میشود.
- zHBM: چشمانداز سامسونگ برای حافظه سفارشی با عملکرد فوقالعاده بالا از نوع HBM که در بالای دایهای منطقی (Logic Dies) قرار خواهد گرفت.
- zNAND-O: حافظه NAND که میتواند در بالای یک دستگاه منطقی متصل شود تا پهنای باند را به حداکثر رسانده، تاخیر را کاهش دهد و مصرف انرژی را به حداقل برساند.
- BV-NAND (موسوم به V-NAND نسل دهم سامسونگ): رویکرد سامسونگ در زمینه اتصال آرایههای NAND در بالای تمام مدارهای مورد نیاز برای راهاندازی آنها. این فناوری اساساً نسل بعدی فناوری ۳D NAND است که امروزه تقریباً توسط همه شرکتها از جمله کیوکسیا/سندیسک (Kioxia/Sandisk)، اسکی هاینیکس (SK Hynix) و وایامتیسی (YMTC - که اولین شرکت پذیرنده این روش بود) استفاده میشود.
این مقاله پیشنمایشی از نوع محتوایی است که خوانندگان میتوانند از سرویس اشتراکی ما یعنی Tom's Hardware Premium انتظار داشته باشند. اگر به محتوای فنی بیشتری در سراسر صنعت سختافزار علاقهمند هستید، با هزینه تنها ۲۹ دلار در سال یا ۷ دلار در ماه اشتراک تهیه کنید.
فناوری zHBM: قرار دادن پشته HBM در بالای منطق
تقریباً همزمان با انتشار اولین اخبار درباره رابط ۲۰۴۸ بیتی HBM4، گزارش نسبتاً رسمیای را خواندیم مبنی بر اینکه اسکی هاینیکس و شرکایش یکپارچهسازی عمودی پشتههای HBM4 در بالای پردازندههای منطقی را بررسی میکنند. تا حد زیادی، شرکتها نصب این پشتههای حافظه را در بالای پردازندههای خود بررسی میکردند زیرا تردید داشتند که استفاده از اینترپوزرها (Interposers) برای اتصال پشتههای HBM4 به شتابدهندههای هوش مصنوعی امکانپذیر و عملی باشد. با گذشت زمان، مشخص شد که یکپارچهسازی حافظه در بالای منطق در زمینههای خنکسازی، توانرسانی و توسعه اینترپوزرهایی که بتوانند از رابط حافظه ۲۰۴۸ بیتی پشتیبانی کنند، پیچیده است. فناوری zHBM سامسونگ به نظر میرسد ادامه همین تلاش باشد.
مفهوم zHBM سامسونگ، حافظه HBM را مستقیماً در بالای یک شتابدهنده هوش مصنوعی و نه در پیرامون آن قرار میدهد، که این امر 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 انرژی را افزایش دهد و پیشبینی میکند که میتواند ۸ برابر «عملکرد HBM5» را ارائه دهد، در حالی که انتظار میرود اتصال پیشرفته ویفر 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 فراهم کند.
اگرچه ادعاهای سامسونگ درباره zHBM فوقالعاده چشمگیر به نظر میرسند، اما مبهم هستند. به عنوان مثال، زمانی که این شرکت ادعا میکند یک «سیستم رابط نسل بعدی شامل zHBM» میتواند «تقریباً هشت برابر عملکرد HBM5» را ارائه دهد، هرگز صراحتاً بیان نمیکند که آیا این موضوع به پهنای باند حافظه اشاره دارد، عملکرد واقعی برنامه به دلیل ترکیبی از بهبودها نسبت به HBM استاندارد، 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 امر در مورد ارجاعات به 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 غیردقیقتر کردن اوضاع، سامسونگ به مقاومت حرارتی اشاره میکند که به نحوه پیادهسازی بستگی دارد تا خود استاندارد. در نهایت، سامسونگ فاش نکرد که از چه فناوری انباشت/اتصال دای برای zHBM استفاده خواهد کرد.
در هر صورت، سامسونگ میگوید zHBM از طرحهای سفارشی مشتریان نیز پشتیبانی خواهد کرد و امکان ادغام IP سفارشی را در لایه اتصال متقابل (که نقشی مشابه دای پایه ایفا میکند، اگرچه قطعاً خود دای پایه نیست) بین پشته HBM و پرداز لایه اتصال فراهم میکند، که اساساً به این معناست که zHBM لزوماً یک راهکار استاندارد صنعتی نیست، بنابراین ممکن است با مزایای اضافی پیادهسازی شود.
در حال حاضر، سامسونگ هیچ بازه زمانی برای زمان عرضه راهکارهای zHBM خود فاش 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.
فناوری zNAND-O (روی دستگاه): قرار دادن ذخیرهسازی در نزدیکی محاسبات
سامسونگ همچنین از zNAND-O رونمایی کرد؛ یک حافظه NAND با عملکرد بالا که 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(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 I/O و تاخیر کم ترکیب کند.
سامسونگ ادعا میکند که این فناوری برای سیستمهای هوش مصنوعی لبه (Edge AI) که بارهای کاری استنتاجی بیدرنگ و فشرده از دادهها را اجرا میکنند مناسب است، البته کاربردهای بسیار دیگری نیز وجود دارند که میتوانند از ذخیرهسازی پرسرعت روی پکیج بهرهمند شوند.
از آنجا که این فناوری در حال توسعه است، سامسونگ اطلاعات زیادی درباره آن به اشتراک نگذاشته است و حتی شماتیکهای نحوه برنامهریزی خود برای قرار دادن لایههای zNAND-O در بالای منطق را مخفی نگه داشته است. میتوان حدس زد که از آنجا که سامسونگ به «بهبود عملکرد I/O و تاخیر کم» اشاره میکند، ممکن است قصد داشته باشد از معماری ذاتاً موازی حافظه NAND با یک رابط پرسرعت بهرهبرداری کند، هرچند برای جلوگیری از بیش از حد حدسی شدن بحث، وارد جزئیات بیشتر نمیشویم.
فناوری BV-NAND: فناوری قدیمی و محبوب V-NAND با رویکردی تازه
با معرفی BV-NAND، سامسونگ اساساً نام تجاری جدیدی را برای نسل بعدی 3D NAND خود معرفی میکند که آرایه NAND را در بالای ویفر منطقی و I/O متصل میکند. این امر 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 پیشتر به طور رسمی V-NAND رده ۴۰۰ لایه (موسوم به V-NAND نسل دهم) خود را معرفی کرده بود و حتی فاش کرد که چگالی سطحی (Areal Density) آن ۲۸ گیگابیت بر میلیمتر مربع خواهد بود و حداکثر سرعت I/O به ۵۶۰۰ مگاترنسفر بر ثانیه (MT/s) میرسد. این موضوع احتمالاً استفاده از یک پیناوت متفاوت با پکیجهای ۳D NAND رایج امروزی را ایجاب میکند. در حالی که چگالی سطحی TLC V-NAND نسل دهم سامسونگ در مقایسه با TLC NAND شرکت کیوکسیا/سندیسک از نوع BiCS10 کمی کمتر است، حداکثر سرعت I/O آن به طور قابل توجهی بالاتر است، که شاید برندینگ جدید را توجیه کند.
با توجه به این واقعیت که سامسونگ به ندرت حافظه خود را به اشخاص ثالث میفروشد و ترجیح میدهد SSDهای مشتری را خودش به بازار عرضه کند، یک نام تجاری جدید برای حافظه میتواند محرک فروش باشد، حتی اگر عملکرد واقعی درایوهای رده بالا با یک رابط PCIe 5.0 x4 محدود شده باشد تا سرعت I/O حافظه 3D NAND. از طرف دیگر، عملکرد SSDهای میانرده PCIe Gen5 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.
استراتژی برند جدید سامسونگ
همانطور که نام جدید نمایشگاه FMS نشان میدهد، این معرفیها نیازهای بسیار متمایز صنعت را پوشش میدهند. در مورد سامسونگ، صحبت از شتابدهندههای هوش مصنوعی در سطح مرکز داده با عملکرد بالا است؛ کاربردهایی که به ذخیرهسازی با تاخیری کمتر از حدود ۵۰ تا ۶۰ میکروثانیه SSDهای مدرن و رده بالای PCIe نیاز دارند، هرچند خواهیم دید که چگونه با Z-NAND مقایسه میشود، و اساساً نسلی جدید از ۳D NAND مرسوم با برندی جدید.
به جز BV-NAND رده 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.