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

این هفته، سامسونگ (Samsung) چشم‌انداز خود را برای نسل بعدی راهکارهای حافظه و ذخیره‌سازی مختص هوش مصنوعی و کاربردهای 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 با وجود اینکه آن‌ها برای کاربردهای بسیار متفاوتی در نظر گرفته شده‌اند، یک ویژگی مشترک دارند: همگی به فناوری اتصال ویفر (Wafer Bonding) متکی هستند.

در اینجا به بررسی جزئیات هر یک از این فناوری‌های اعلام‌شده توسط شرکت می‌پردازیم.

• zHBM: چشم‌انداز سامسونگ برای حافظه سفارشی و با عملکرد فوق‌العاده بالا از نوع HBM است که در بالای دای‌های منطقی قرار می‌گیرد.
• zNAND-O: حافظه NAND که می‌توان آن را در بالای یک تراشه منطقی متصل کرد تا پهنای باند به حداکثر رسانده شود، تاخیر کاهش یابد و مصرف انرژی به حداقل برسد.
• BV-NAND (همچنین شناخته‌شده به عنوان V-NAND نسل دهم سامسونگ): دیدگاه سامسونگ درباره اتصال آرایه‌های NAND در بالای تمام مدارهای مورد نیاز برای راه‌اندازی آن‌ها. این اساساً فناوری نسل بعدی حافظه سه‌بعدی نند (3D NAND) است که امروزه تقریبا توسط همه از جمله کیوکیا/سن‌دیسک (Kioxia/Sandisk)، اس‌کی هاینیکس (SK Hynix) و YMTC (که اولین شرکت اتخاذکننده این روش بود) استفاده می‌شود.

zHBM: قرار دادن پشته HBM در بالای منطق

تقریباً هم‌زمان با انتشار نخستین اخبار درباره رابط ۲۰۴۸ بیتی HBM4، گزارشی «نیمه‌رسمی» خواندیم مبنی بر اینکه اس‌کی هاینیکس و شرکای آن در حال بررسی ادغام 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 ممکن و عملی باشد. با گذشت زمان مشخص شد که ادغام حافظه در بالای منطق از نظر خنک‌سازی، رساندن توان 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 قرار می‌دهد تا در حاشیه آن، که این امر مسافتی را که داده‌ها باید بین پردازش 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.

در حالی که ادعاهای سامسونگ درباره zHBM فوق‌العاده به نظر می‌رسند، مبهم هستند. برای مثال، هنگامی که این شرکت ادعا می‌کند یک «سیستم رابط نسل بعدی شامل zHBM» قرار است «تقریباً هشت برابر عملکرد HBM5» را ارائه دهد، هرگز صراحتاً بیان نمی‌کند که آیا این مربوط به پهنای باند حافظه، عملکرد واقعی برنامه به دلیل ترکیبی از بهبودها نسبت به HBM استاندارد، یا چیز دیگری است. 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 برای ارقام مربوط 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 نامشخص‌تر شدن اوضاع، سامسونگ به مقاومت حرارتی اشاره می‌کند که بیشتر به پیاده‌سازی بستگی دارد تا استاندارد. در نهایت، سامسونگ فاش نکرد که از چه فناوری انباشت/اتصال دای برای zHBM استفاده خواهد کرد.

در هر صورت، سامسونگ می‌گوید که zHBM همچنین از طراحی‌های اختصاصی مشتریان پشتیبانی خواهد کرد و اجازه می‌دهد IP سفارشی در لایه اتصال داخلی (که نقشی مشابه دای پایه ایفا می‌کند، هرچند قطعاً خود یک دای پایه نیست) بین پشته HBM و پرداز له‌ی هوش مصنوعی ادغام شود، 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 هیچ‌گونه بازه زمانی برای زمان ارائه 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 رنگ نور را خواهد دید.

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

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(n) بر پایه پلتفرم V-NAND این شرکت (یا بهتر است بگوییم BV-NAND) ساخته شده است و قصد دارد چگالی ذخیره‌سازی بالا را با عملکرد بهبودیافته ورودی/خروجی 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 با عملکرد بالا روی پکیج بهره‌مند شوند.

از آنجا که این فناوری در مرحله توسعه است، سامسونگ اطلاعات زیادی درباره آن به اشتراک نگذاشته است و حتی طرح‌های نحوه برنامه‌ریزی خود برای قرار دادن لایه‌های zNAND-O در بالای منطق را مخفی نگه داشته است. می‌توان حدس زد که از آنجایی که سامسونگ به «عملکرد ورودی/خروجی بهبود یافته 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، هرچند به خاطر عدم ایجاد حدس و گمان بیش از حد، وارد جزئیات آن نمی‌شویم.

BV-NAND: V-NAND قدیمی خوب با رویکردی جدید

با فناوری 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 منطق متصل می‌کند. این امر به نوبه خود لایه را با استفاده از فناوری‌های پردازش منطقی با عملکرد بالا تولید می‌کند و سرعت‌های ورودی/خروجی بالاتری را امکان‌پذیر می‌سازد.

سامسونگ رسماً نسخه V-NAND کلاس ۴۰۰ لایه خود (معروف به نسل دهم V-NAND) را مدتی پیش معرفی کرد و حتی فاش کرد که چگالی مسطح (Areal Density) آن ۲۸ گیگابیت بر میلی‌متر مربع با حداکثر سرعت ورودی/خروجی ۵۶۰۰ مگاترنسفر بر ثانیه (MT/s) خواهد بود. این احتمالاً استفاده از یک پین‌آوت متفاوت از پکیج‌های 3D NAND امروزی را مشخص می‌کند. در حالی که چگالی مسطح TLC V-NAND نسل دهم سامسونگ در مقایسه با BiCS10 TLC NAND کیوکیا/سن‌دیسک کمی پایین‌تر است، حداکثر سرعت ورودی/خروجی آن به طور قابل توجهی بالاتر است، که شاید نام تجاری جدید را توجیه کند.

با توجه به این واقعیت که سامسونگ به ندرت حافظه خود را به اشخاص ثالث می‌فروشد و ترجیح می‌دهد اس‌اس‌دی‌های (SSDs) مشتریان را خودش به بازار عرضه کند، نام تجاری جدید برای حافظه می‌تواند محرک فروش باشد، حتی اگر عملکرد واقعی درایوهای رده بالا به جای ورودی/خروجی حافظه 3D NAND، توسط رابط PCIe 5.0 x4 محدود شده باشد. 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 نام تجاری جدید فلش مموری، راهی مطمئن برای جلب توجه و سپس فروش با عملکرد مناسب است.

استراتژی برند جدید سامسونگ

همانطور که از نام جدید نمایشگاه تجاری FMS پیداست، معرفی‌های انجام شده 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 تاخیر ~۵۰ تا ۶۰ میکروثانیه‌ای اس‌اس‌دی‌های PCIe رده بالا مدرن نیاز دارند، هرچند خواهیم دید که چگونه با Z-NAND مقایسه می‌شود، و اساساً نسل جدیدی از 3D NAND متعارف 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.