На горизонті – швидкісні SSD на 5 ТБ

Потреби в обробці величезного обсягу даних на високих швидкостях стали ще більш відчутними з поширенням великих мовних моделей для платформ AI. Відповіддю на цей виклик стала розробка Kioxia – модуль флешпам'яті об'ємом 5 ТБ з підтримкою швидкості обміну 64 ГБ/с.

Це досягнення було зроблено в рамках «Проєкту досліджень і розробок з удосконалення інфраструктури інформаційно-комунікаційних систем після 5G (JPNP20017)», замовленого Організацією з розвитку нових енергетичних та промислових технологій (NEDO), національним агентством Японії з досліджень і розробок.

Щоб розв'язати проблему компромісу між місткістю та пропускною здатністю, яка була викликом для традиційних модулів пам'яті на базі DRAM, Kioxia розробила нову конфігурацію модуля, використовуючи послідовне з'єднання з флешпам'яттю. Також була розроблена технологія високошвидкісного приймача, що забезпечує пропускну здатність 128 Гбіт/с, а також технології для підвищення продуктивності флешпам'яті. Ці інновації були застосовані як до контролерів пам'яті, так і до модулів пам'яті.

Практичне застосування цього модуля пам'яті, як очікується, прискорить цифрову трансформацію, уможлививши впровадження Інтернету речей (IoT), аналізу великих даних та передової обробки штучного інтелекту в серверах Mobile Edge Computing (MEC) після 5G/6G та інших додатках.

В епоху після 5G/6G бездротові мережі, як очікується, досягнуть вищих швидкостей, меншої затримки та можливості одночасного підключення більшої кількості пристроїв. Однак передача даних на віддалені хмарні сервери для обробки збільшує затримку в усій мережі, включаючи дротові мережі, що ускладнює роботу додатків у режимі реального часу. З цієї причини існує потреба у широкому впровадженні серверів MEC, які обробляють дані ближче до користувачів, що, як очікується, сприятиме цифровій трансформації в різних галузях. Крім того, в останні роки зростає попит на передові AI-додатки, такі як генеративний штучний інтелект. Поряд із підвищенням продуктивності серверів MEC, модулі пам'яті також повинні мати ще більшу місткість і пропускну здатність.

На цьому тлі компанія Kioxia зосередилася на підвищенні місткості та пропускної здатності модулів пам'яті з використанням флешпам'яті для цього проєкту. Компанія успішно розробила прототип модуля пам'яті місткістю 5 ТБ і пропускною здатністю 64 ГБ/с, а також перевірила його працездатність.

Для досягнення великої місткості та високої пропускної здатності модулів пам'яті Kioxia застосувала послідовне з'єднання з контролерами, підключеними до кожної плати пам'яті, замість шинного з'єднання. В результаті пропускна здатність не погіршується навіть при збільшенні кількості флешпам'яті, і досягається велика місткість, що перевищує традиційні межі.

Для зменшення кількості з'єднань між контролерами пам'яті замість паралельної передачі даних застосовується високошвидкісна диференціальна послідовна передача даних, а для досягнення вищої пропускної здатності 128 Гбіт/с при низькому енергоспоживанні використовується PAM4 (4-рівнева амплітудна модуляція імпульсів).

Щоб скоротити затримку читання флешпам'яті в модулях пам'яті, компанія Kioxia розробила технологію попереднього вивантаження флешпам'яті, яка мінімізує затримку шляхом попереднього вивантаження даних під час послідовного доступу, і впровадила її в контролер. Крім того, пропускна здатність пам'яті була збільшена до 4,0 Гбіт/с внаслідок застосування сигналізації з низькою амплітудою та технології корекції/придушення спотворень в інтерфейсі між контролером пам'яті та флешпам'яттю.

Завдяки впровадженню високошвидкісних трансиверів PAM4 128 Гбіт/с з низьким енергоспоживанням та технологій, що підвищують продуктивність флешпам'яті, Kioxia створила прототип контролера пам'яті та модуля пам'яті, який використовує PCIe 6.0 (64 Гбіт/с, 8 ліній) як інтерфейс хоста до сервера. Прототип модуля пам'яті продемонстрував, що місткість 5 ТБ і пропускна здатність 64 ГБ/с можуть бути реалізовані при споживанні енергії менше ніж 40 Вт.

На додаток до IoT, аналізу великих даних і передової обробки AI на периферії, Kioxia просуває ранню комерціалізацію і практичне впровадження результатів цього дослідження, використовуючи нові ринкові тенденції, такі як генеративний AI.