در هفته جاری، سامسونگ در کنفرانس آینده حافظه و ذخیرهسازی (FMS) سال ۲۰۲۶، چشمانداز خود را برای نسل بعدی راهکارهای حافظه و ذخیرهسازی، هم برای کاربردهای هوش مصنوعی و هم برای کاربردهای عمومی 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: همه آنها به اتصال ویفر (Wafer Bonding) متکی هستند.
در ادامه به بررسی جزئیات هر یک از فناوریهای اعلامشده توسط این شرکت میپردازیم.
- zHBM: چشمانداز سامسونگ برای حافظه فوقالعاده با عملکرد بالا و سفارشیسازیشده HBM که در بالای دایهای منطقی قرار خواهد گرفت.
- zNAND-O: حافظه NAND که میتواند در بالای یک دستگاه منطقی متصل شود تا پهنای باند را به حداکثر رساند، تاخیر را کاهش دهد و مصرف انرژی را به حداقل برساند.
- BV-NAND (همچنین شناختهشده به عنوان نسل دهم V-NAND سامسونگ): رویکرد سامسونگ به اتصال آرایههای NAND در بالای تمام مدارهای مورد نیاز برای کارکرد آنها. این اساساً فناوری نسل بعدی حافظه سهبعدی نند (3D NAND) است که امروزه تقریباً توسط همه از جمله کیوشیار/سندیسک (Kioxia/Sandisk)، اسکی هاینیکس (SK Hynix) و وایامتیسی (YMTC) - که اولین شرکتی بود از چنین روشی استفاده کرد - به کار گرفته 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 علاقهمندید، با هزینه کم یعنی ۲۹ دلار در سال یا ۷ دلار در ماه اشتراک تهیه کنید.
zHBM: قرار دادن پشته HBM در بالای بخش منطقی
در حدود زمانی که برای اولین بار درباره رابط ۲۰۴۸ بیتی HBM4 شنیدیم، گزارشی «نیمهرسمی» خواندیم مبنی بر اینکه اسکی هاینیکس و شرکای آن در حال بررسی یکپارچهسازی عمودی پشتههای HBM4 در بالای پردازندههای منطقی هستند. تا حد زیادی، شرکتها نصب این پشتههای حافظه را در بالای پردازندههای خود بررسی میکردند زیرا تردید داشتند که استفاده از اینترپوزرها برای اتصال پشتههای HBM4 به شتابدهندههای هوش مصنوعی امکانپذیر و عملی باشد. با گذشت زمان، مشخص شد که یکپارچهسازی حافظه در بالای بخش منطقی در زمینه خنکسازی، توانرسانی و توسعه اینترپوزرهایی که بتوانند از رابط حافظه ۲۰۴۸ بیتی پشتیبانی کنند، پیچیده است. فناوری zHBM سامسونگ به نظر میرسد ادامه همان تلاش باشد.
مفهوم zHBM سامسونگ، حافظه HBM را مستقیماً در بالای یک شتابدهنده هوش مصنوعی قرار میدهد و نه در پیرامون آن، 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 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 فراهم کند.
اگرچه ادعاهای سامسونگ درباره zHBM فوقالعاده چشمگیر به نظر میرسند، اما مبهم هستند. به عنوان مثال، وقتی این شرکت ادعا میکند که یک «سیستم رابط نسل بعدی شامل zHBM» قرار است «تقریباً هشت برابر عملکرد HBM5» را ارائه دهد، هرگز به صراحت بیان نمیکند که آیا این موضوع به پهنای باند حافظه، عملکرد واقعی برنامه به دلیل ترکیبی از بهبودها نسبت به HBM استاندارد اشاره دارد 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 صادق است؛ 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 استاندارد. در نهایت، سامسونگ فاش نکرد که از کدام فناوری انباشته/اتصال دای برای zHBM استفاده خواهد کرد.
در هر صورت، سامسونگ میگوید که zHBM همچنین از طراحیهای سفارشی مشتری پشتیبانی خواهد کرد و اجازه میدهد IP سفارشی در لایه اتصال متقابل (که نقشی مشابه دای پایه ایفا میکند، اگرچه قطعا خود یک دای پایه به معنای واقعی 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 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.
zNAND-O (روی دستگاه): قرار دادن ذخیرهسازی نزدیک به محاسبات
سامسونگ همچنین از zNAND-O رونمایی کرد؛ 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 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 بارهای کاری استنتاجی بلادرنگ 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 آنجایی که این فناوری در مرحله توسعه است، سامسونگ اطلاعات زیادی درباره آن به اشتراک نگذاشته است و حتی شماتیکهای نحوه برنامهریزیاش برای قرار دادن لایههای zNAND-O در بالای بخش منطقی را محرمانه نگه داشته است. میتوان حدس زد که از آنجایی که سامسونگ به «بهبود عملکرد ورودی/خروجی و تاخیر کم» اشاره میکند، ممکن است قصد داشته باشد از معماری ذاتی موازی حافظه NAND با یک رابط کاربری با عملکرد بالا بهرهبرداری کند، البته برای جلوگیری از بیش از حد حدس و گمان بودن بحث، وارد جزئیات بیشتر نمیشویم.
BV-NAND: حافظه قدیمی V-NAND با رویکردی جدید
با BV-NAND، سامسونگ اساساً نام تجاری جدیدی را برای نسل بعدی 3D NAND خود معرفی میکند که آرایه NAND را در بالای ویفر ورودی/خروجی و منطقی متصل میکند. این امر به نوبه خود لایه مذکور را با استفاده از فناوریهای فرآیند منطقی با عملکرد بالا تولید میکند و سرعتهای ورودی/خروجی بالاتری را امکانپذیر میسازد.
سامسونگ رسماً V-NAND کلاس ۴۰۰ لایه (معروف به نسل دهم V-NAND) خود را مدتی پیش معرفی کرد و حتی فاش نمود که چگالی سطحی آن ۲۸ گیگابیت بر میلیمتر مربع با حداکثر سرعت ورودی/خروجی ۵۶۰۰ مگاترانسفر بر ثانیه خواهد بود. این موضوع احتمالاً مستلزم استفاده از یک پیناوت متفاوت از پکیجهای 3D NAND مورد استفاده امروزی است. در حالی که چگالی سطحی TLC V-NAND نسل دهم سامسونگ در مقایسه با BiCS10 TLC NAND شرکت کیوشیار/سندیسک کمی کمتر است، حداکثر سرعت ورودی/خروجی آن به طور قابل توجهی بالاتر است، که شاید نامگذاری تجاری جدید را توجیه کند.
با توجه به این واقعیت که سامسونگ به ندرت حافظه خود را به شخص ثالث میفروشد و ترجیح میدهد اساسدیهای کلاینت را خودش به بازار عرضه کند، یک نام تجاری جدید برای حافظه میتواند محرکی برای فروش باشد، حتی اگر عملکرد واقعی درایوهای رده بالا با یک رابط PCIe 5.0 x4 محدود شود تا ورودی/خروجی حافظه 3D NAND. از طرف دیگر، عملکرد اساسدیهای میانرده PCIe نسل ۵ که به کنترلر NAND چهار کاناله متکی هستند، امروزه به ورودی/خروجی 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 از نام جدید نمایشگاه تجاری FMS پیداست، معرفیها به نیازهای بسیار متمایز صنعت میپردازند. در مورد سامسونگ، صحبت از شتابدهندههای هوش مصنوعی در سطح دیتاسنتر با عملکرد بالا است؛ کاربردهایی که به ذخیرهسازی با تاخیر کمتر از حدود ۵۰ تا ۶۰ میکروثانیه اساسدیهای PCIe رده بالای مدرن نیاز دارند، البته خواهیم دید که چگونه با Z-NAND مقایسه میشود، و اساساً نسلی جدید از 3D NAND سنتی 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.