پت گلسینگر، مدیر عامل سابق اینتل، روی آزمایشگاه Nagare شرط می‌بندد تا دیوار حافظه را ذخیره کند

تاریخ مملو از ویرانه های فناوری های حافظه شکست خورده است. اما پت گلسینگر، مدیر عامل سابق اینتل، معتقد است فناوری حافظه در حال ظهور که توسط محققان در جورجیا تک با استفاده از نیمه هادی های اکسیدی توسعه یافته است، ممکن است از این قاعده مستثنی باشد.

گلسینگر به El Reg گفت: اساسا ما برای سه دهه هیچ گونه نوآوری عمده ای در حافظه نداشتیم - SRAM، DRAM و Flash به عنوان تنها انواع حافظه در استقرار گسترده.

Z2RAM آزمایشگاه Nagare قصد دارد با ارائه یک فناوری حافظه که تقریبا به همان سرعت SRAM در چگالی بسیار نزدیکتر به DRAM است، آن را تغییر دهد، در حالی که ساخت آن نسبت به HBM یا LPDDR آسان تر است.

گلسینگر گفت: «به طور اساسی، آنها بهترین ویژگی های DRAM، SRAM و فلش را در دستگاه جدیدی ترکیب می کنند که هم مانند DRAM متراکم است، هم مانند SRAM سریع است و هم مانند فلاش مقیاس پذیر است. "در حالی که HBM محدودیت های زیادی دارد (قدرت، چگالی، پهنای باند خط ساحلی)، ترکیب چگالی و عملکرد آن بهترین چیزی است که امروزه وجود دارد.

این توضیح می دهد که چرا سرمایه گذار Playground Global، جایی که گلسینگر در سال گذشته شریک آن شد، به سرمایه گذاری تلاش های توسعه Nagare کمک می کند.

سرعت SRAM مانند، چگالی DRAM مانند

آزمایشگاه Nagare که توسط اساتید موسسه فناوری جورجیا، Sumem Datta و Shimeng Yu تأسیس شد، نقطه اوج سال‌ها تحقیق در زمینه فناوری‌های حافظه نسل بعدی مانند فروالکتریک و RAM مقاومتی است.

این فناوری بر روی نیمه هادی های اکسیدی ساخته شده است و به گونه ای طراحی شده است که مستقیما با منطق محاسباتی با استفاده از فناوری های پیوند هیبریدی سه بعدی ادغام شود. از این نظر، Z2RAM نقشی مشابه با فناوری انباشتگی 3D V-Cache SRAM AMD ایفا خواهد کرد.

اگر با CPUهایی که نیاز به حافظه نهان L3 اضافی دارند، آشنا هستید، AMD از بسته بندی پیشرفته برای اتصال یک کاشی SRAM 64 مگابایتی در بالا یا پایین چیپلت های CPU خود استفاده می کند که عملا ظرفیت SRAM آنها را سه برابر می کند.

Z2RAM از نظر مفهومی مشابه است، اما چگالی بیتی 5 برابر SRAM را در اولین تجسم خود وعده می دهد. بنابراین اگر بخواهید به یک کاشی SRAM 64 مگابایتی نگاه کنید، کاشی های Z2RAM Nagare ظرفیت 320 مگابایتی را در همان فضا، با پهنای باند قابل مقایسه با SRAM ارائه می دهند.

اگرچه ممکن است در مقایسه با شتاب‌دهنده‌های سنگین HBM مانند Rubin انویدیا با ظرفیت ۲۸۸ گیگابایتی یا MI455X AMD با ۴۳۲ گیگابایت، ظرفیت زیادی به نظر نرسد، Z2RAM نسبت به شتاب‌دهنده‌های مبتنی بر SRAM مانند LPU‌های Groq انویدیا پیشرفت بزرگی را نشان می‌دهد.

امروزه، LPUهای Groq 3 انویدیا دارای حدود 500 مگابایت SRAM در هر تراشه هستند که به هزاران شتاب دهنده برای ارائه خدمات به LLMهای مرزی در مقیاس نیاز دارند. Z2RAM می تواند تعداد تراشه های مورد نیاز را 5 برابر یا بیشتر کاهش دهد.

گلسینگر به ما گفت: "با افزایش تقاضای هوش مصنوعی، ما شاهد تقاضای خارق‌العاده‌ای در حافظه بوده‌ایم زیرا هوش مصنوعی حجم کاری محدودی از حافظه دارد. با این پس‌زمینه، علاقه فوق‌العاده‌ای وجود دارد و اکنون سرمایه برای پیشرفتی در دسترس است که چالش‌های پهنای باند و ظرفیتی را که هوش مصنوعی ایجاد می‌کند حل کند."

نگاه کن مادر، بدون خازن

Nagare این دستاورد چگالی و پهنای باند را با استفاده از سلول های حافظه مبتنی بر ترانزیستورها به جای خازن ها به دست می آورد.

یکی از بنیانگذاران داتا به ما گفت: از نظر سرعت، رقیب SRAM خواهد بود، اما از نظر عملکرد، به دلیل مکانیسم ذخیره سازی بیشتر شبیه یک DRAM است. "DRAM یک ترانزیستور، یک خازن، یک خازن فیزیکی غیرفعال است. Z2RAM در واقع دو ترانزیستور است، اما ... ما از ظرفیت گیت ترانزیستور دوم برای ذخیره بار استفاده می کنیم."

از آنجایی که این شارژ در یک ترانزیستور ذخیره می‌شود، خواندن آن غیرمخرب می‌شود، که اجازه می‌دهد تاخیر بهتری نسبت به DRAM دریافت کنید. به این دلیل که وقتی یک سلول DRAM از حافظه خوانده می شود، خازن آن تخلیه می شود. او توضیح داد: «بعد از اینکه مطالعه شما کامل شد، باید دوباره در سلول بنویسید.

معماری کاملا مبتنی بر ترانزیستور تنها ترفند مهمانی Z2RAM نیست زیرا Nagare به دنبال فناوری و فرآیندی است که به آن اجازه می‌دهد این سلول‌ها را به صورت عمودی روی هم قرار دهد.

در حالی که ممکن است بسیار شبیه HBM یا LPDDR به نظر برسد، Datta می‌گوید که در واقع بیشتر شبیه به نحوه ساخت NAND در لایه‌ها است، که در تئوری به این معنی است که Z2RAM باید به‌طور چشمگیری ارزان‌تر و آسان‌تر تولید شود.

راه طولانی در پیش است

با پشت سر گذاشتن اولین دور اولیه سرمایه گذاری، Nagare اکنون 5 میلیون دلار برای توسعه این فناوری در اختیار دارد. همانطور که فناوری های نیمه هادی پیش می روند، این پول زیادی نیست، اما داتا همچنین اولین کسی است که اذعان می کند فناوری استارتاپ به سختی از آزمایشگاه خارج شده است.

او گفت: «جایی که ما هستیم به معنای واقعی کلمه نمونه های اولیه آزمایشگاهی است. این شرکت در حال حاضر به دنبال یک شریک فاب تحقیق و توسعه است تا به آن کمک کند تا تولید را فراتر از اتاق تمیز دانشگاه افزایش دهد، با هدف نمونه برداری از کاشی های حافظه Z2RAM در چهار سال آینده و هدف محموله های تولید در دهه آینده.

Datta می‌گوید که این شرکت همچنین آماده همکاری مستقیم با سازندگان تراشه برای ادغام Z2RAM در طراحی‌های آن‌ها است، مشابه آنچه AMD با TSMC روی کاشی‌های V-Cache سه بعدی خود کار کرد.

این شرکت همچنین با چالش هایی در زمینه یکپارچه سازی مواجه است.

یو گفت: "هیچ استانداردی برای ادغام این حافظه جدید با شتاب دهنده وجود ندارد." "برای رها کردن مزایای این حافظه با ظرفیت بالا و سرعت بالا، باید از پیوند سه بعدی استفاده کنیم و در حال حاضر هیچ استانداردی برای آن وجود ندارد."

او افزود: البته AMD دارای V-Cache است، اما این یک فناوری اختصاصی است.

برای اینکه Z2RAM بدون استاندارد صنعتی باز پذیرش گسترده ای داشته باشد، یو به ما می گوید که Nagare ممکن است مجبور شود خودش یک رابط طراحی کند که کار کوچکی نیست.

نگرانی هایی برای اعتبارسنجی نیز وجود دارد. Nagare با نیمه هادی های اکسیدی کار می کند، که Datta به ما می گوید که از عملکرد حرارتی و تشعشعی بهتری بهره مند هستند، اما همچنین مستعد خالی شدن اتمی هستند.

او توضیح داد که حتی "اثرات تک الکترونی یا اثرات الکترونی کم می تواند باعث شود ولتاژ آستانه ترانزیستورها فقط به مقدار کمی حرکت کند و این برای در واقع ناراحت کردن سلول کافی است."

به همین دلیل، تلاش زیادی برای به حداکثر رساندن قابلیت اطمینان سلول های حافظه Z2RAM انجام می شود.

داتا می‌گوید: «استارت‌آپ‌های حافظه زیادی وجود داشته‌اند که موفق نشده‌اند. ممکن است شگفت‌انگیزترین فناوری حافظه را داشته باشید، اما به دلیل استانداردهای سختگیرانه، هرگز نمی‌توانید به سیستم نفوذ کنید.»

با این حال، داتا معتقد است که چشم انداز تغییر کرده است. تغییر پویایی و ظهور پروتکل‌های جدید درها را برای ماجراجویی با حافظه باز کرده است. ®