Бывший глава Intel вложился в память Z2RAM: плотность DRAM, скорость SRAM и простота флеш-памяти в одном кристалле

Бывший генеральный директор Intel Патрик Гелсингер в прошлом году вложил личный капитал в стартап Nagare Labs, который разрабатывает новый класс памяти под названием Z2RAM. По замыслу создателей, этот тип памяти должен объединить лучшие свойства трёх устоявшихся технологий: плотность упаковки, характерную для DRAM, скорость работы, сопоставимую с SRAM, и масштабируемость, близкую к флеш-памяти. Как пояснил Гелсингер изданию The Register, за последние три десятилетия рынок памяти не видел принципиальных инноваций — все разработки вращаются вокруг той же триады SRAM, DRAM и флеш-памяти, — поэтому появление альтернативного подхода вызывает повышенный интерес инвесторов и производителей.

Технологическая основа: оксидные полупроводники и 3D-сращивание

Технология Nagare Labs построена на оксидных полупроводниках и предполагает интеграцию памяти непосредственно в вычислительные компоненты с использованием технологий сращивания в трёхмерной компоновке. Концептуально Z2RAM напоминает память 3D V-Cache, которую AMD размещает на части своих процессоров Ryzen: в упаковке логического чипа появляется дополнительный слой с памятью, увеличивающий доступный объём кеша третьего уровня. При этом, по словам представителей Nagare Labs, по быстродействию Z2RAM ближе к SRAM, а по механизму хранения данных — к DRAM: в отличие от ячейки DRAM, состоящей из одного транзистора и конденсатора, ячейка Z2RAM содержит два транзистора, используя ёмкость затвора второго для хранения заряда, что снижает задержки при операциях чтения.

Плотность: более пяти раз выше SRAM в том же кристалле

В первом воплощении Z2RAM обещает плотность в пересчёте на бит более чем в пять раз выше, чем у SRAM. Если кристалл SRAM в заданном пространстве размещает порядка 64 Мбайт памяти, то Z2RAM в том же объёме предлагает уже около 320 Мбайт при сохранении пропускной способности на сопоставимом с SRAM уровне. Подобные объёмы не впечатляют на фоне флагманских ускорителей с памятью HBM, однако для ускорителей на базе SRAM, таких как Nvidia Groq, это может стать существенным прогрессом: чипы Groq 3 типа LPU предлагают около 500 Мбайт SRAM, и при переходе на Z2RAM этот объём теоретически может вырасти в пять раз и более.

Производство: проще HBM, но пока только в лаборатории

Вертикальная многоуровневая компоновка Z2RAM формально напоминает HBM, но с точки зрения технологии производства она ближе к формированию слоёв в микросхемах NAND, что, по оценке стартапа, делает её значительно дешевле HBM и проще в изготовлении. При этом Гелсингер признаёт, что в паре «плотность плюс быстродействие» HBM на сегодня остаётся лучшим на рынке, пусть и с ограничениями по плотности, энергопотреблению и пропускной способности на периферийных участках чипа. Прототипы Z2RAM за пределы лабораторий пока не выходили, поэтому Nagare Labs ищет партнёра с опытной производственной линией для выпуска первых образцов. Работоспособные чипы компания планирует получить в течение четырёх лет, а массовые поставки серийных экземпляров — наладить в течение ближайших десяти лет.

Риски: отсутствие стандарта и нестабильность оксидов

Компания готова сотрудничать с разработчиками сторонних чипов, желающими интегрировать Z2RAM в свои компоненты, однако на этом пути стоят два препятствия. Первое — отсутствие стандартного интерфейса: стартап мог бы разработать его самостоятельно, но это сложная задача. Второе — низкая стабильность свойств изделий из оксидных полупроводников, которая осложняет масштабирование производства. По словам представителей Nagare Labs, строгие отраслевые стандарты уже «похоронили» немало разработок в сфере новых типов памяти, но рынок одновременно открывает и новые возможности. Гелсингер отмечает, что бум искусственного интеллекта выявил острую потребность как в пропускной способности, так и в ёмкости памяти, используемой в существующей инфраструктуре, поэтому к прорывным разработкам в этой сфере сохраняется огромный интерес и находятся капитальные ресурсы на их стимулирование.