راهکار SanDisk برای حل بحران کمبود حافظه؛ ادغام تراشه‌های NAND در پردازنده

بحران کمبود حافظه‌های پرسرعت HBM، تولیدکنندگان DRAM و NAND را خلاق‌تر کرده است. در همین رابطه SanDisk از ایده‌ای جالب برای ترکیب حافظه‌های NAND و HBM در کنار پردازنده‌ خبر داده است.

در سال‌های گذشته، صنعت تراشه عمدتاً روی توسعه نسل‌های جدید DRAM متمرکز بود. اما افزایش هزینه‌های تولید، پیچیدگی ساخت، مصرف انرژی بالا و محدودیت ظرفیت باعث شده است این رویکرد دیگر پاسخگو نباشد.

البته حافظه‌های HBM را داریم که اگرچه سرعت بسیار بالایی دارند، اما با مشکلاتی مانند ظرفیت محدود، هزینه زیاد و کمبود عرضه مواجه هستند. از سوی دیگر، حافظه‌های NAND ظرفیت بسیار بیشتری را با هزینه پایین‌تر در اختیار کاربران قرار می‌دهند، اما سرعت انتقال داده آن‌ها به اندازه DRAM و HBM نیست و معمولاً فاصله بیشتری با پردازنده دارند که باعث افزایش تأخیر می‌شود.

سن‌دیسک پیش‌تر از فناوری HBF یا High-Bandwidth Flash رونمایی کرده بود. این فناوری از معماری مشابه HBM بهره می‌برد و چندین لایه حافظه NAND را به‌صورت عمودی روی یکدیگر قرار می‌دهد. این لایه‌ها از طریق فناوری TSV به هم متصل می‌شوند تا یک پشته حافظه یکپارچه شکل بگیرد.

مزیت اصلی HBF ظرفیت بسیار بالاتر آن نسبت به HBM است. در حالی که حافظه‌های HBM فعلی معمولاً ظرفیتی بین 32 تا 64 گیگابایت در هر پشته دارند، فناوری HBF می‌تواند این میزان را تا 4 ترابایت افزایش دهد. چنین ظرفیتی می‌تواند برای پردازش‌های سنگین هوش مصنوعی و محاسبات HPC بسیار ارزشمند باشد.

قرار گرفتن حافظه NAND در کنار پردازنده

با وجود مزایای HBF، سن‌دیسک معتقد است نیازهای آینده هوش مصنوعی به راهکاری فراتر از افزایش ظرفیت نیاز دارد. به همین دلیل این شرکت پتنتی با شماره «US 12,430,274 B2» به ثبت رسانده که در آن ایده پشته‌سازی سه‌بعدی حافظه NAND در کنار پردازنده مطرح شده است.

در این معماری، یک بلوک حافظه NAND مبتنی بر فناوری CBA مستقیماً در زیر پردازنده اصلی قرار می‌گیرد. پردازنده مورد نظر می‌تواند یک GPU قدرتمند، شتاب‌دهنده هوش مصنوعی یا هر تراشه پردازشی پیشرفته دیگری باشد. در عین حال، حافظه‌های HBM نیز همچنان روی همان Interposer حضور خواهند داشت اما نقش متفاوتی ایفا می‌کنند.

در طراحی پیشنهادی سن‌دیسک، حافظه HBM مسئول پردازش داده‌های حساس به زمان و عملیات بسیار سریع خواهد بود. در مقابل، حافظه NAND یکپارچه‌شده با پردازنده وظیفه ذخیره‌سازی حجم عظیمی از داده‌ها و انجام عملیات خواندن و نوشتن را بر عهده می‌گیرد.

این ساختار امکان ایجاد مسیرهای ارتباطی عریض‌تر میان پردازنده و حافظه را فراهم می‌کند و می‌تواند به کاهش تأخیر، کاهش مصرف انرژی و پایین آمدن هزینه‌های کلی سیستم منجر شود. در واقع سن‌دیسک تلاش می‌کند بهترین ویژگی‌های دو دنیای DRAM و NAND را در یک پکیج واحد ترکیب کند.

براساس گزارش wccftech یک پردازنده چند هسته‌ای مستقیماً با حافظه غیرفرار پرظرفیت و پهن‌باند ادغام می‌شود. این حافظه از یک بلوک بزرگ NAND و مدار منطقی CMOS تشکیل شده و در کنار پشته‌های HBM روی یک Interposer مشترک قرار می‌گیرد.

با وجود جذابیت این ایده، فناوری مورد بحث فعلاً در حد یک پتنت باقی مانده است. چالش‌هایی مانند مصرف انرژی، مدیریت حرارت، پیچیدگی تولید و هزینه ساخت تراشه‌ای که به‌طور همزمان شامل پردازنده، NAND و HBM باشد، هنوز باید حل شوند.