Колишній генеральний директор Intel Патрік Гелсінгер минулого року інвестував власний капітал у стартап Nagare Labs, який розробляє новий клас пам'яті під назвою Z2RAM. За задумом творців, цей тип пам'яті має поєднати найкращі властивості трьох усталених технологій: щільність пакування, характерну для DRAM, швидкість роботи, порівнянну з SRAM, і масштабованість, близьку до флеш-пам'яті. Як пояснив Гелсінгер виданню The Register, за останні три десятиліття ринок пам'яті не бачив принципових інновацій — усі розробки обертаються навколо тієї самої тріади SRAM, DRAM і флеш-пам'яті, — тому поява альтернативного підходу викликає підвищений інтерес інвесторів і виробників.

Технологічна основа: оксидні напівпровідники та 3D-зрощування

Технологія Nagare Labs побудована на оксидних напівпровідниках і передбачає інтеграцію пам'яті безпосередньо у обчислювальні компоненти з використанням технологій зрощування в тривимірному компонуванні. Концептуально Z2RAM нагадує пам'ять 3D V-Cache, яку AMD розміщує на частині своїх процесорів Ryzen: в упаковці логічного чипа з'являється додатковий шар із пам'яттю, що збільшує доступний об'єм кешу третього рівня. При цьому, за словами представників Nagare Labs, за швидкодією Z2RAM ближча до SRAM, а за механізмом зберігання даних — до DRAM: на відміну від комірки DRAM, що складається з одного транзистора і конденсатора, комірка Z2RAM містить два транзистори, використовуючи ємність затвора другого для зберігання заряду, що знижує затримки під час операцій читання.

Щільність: понад уп'ятеро вища за SRAM у тому ж кристалі

У першому втіленні Z2RAM обіцяє щільність у перерахунку на біт більш ніж уп'ятеро вищу, ніж у SRAM. Якщо кристал SRAM у заданому просторі розміщує близько 64 Мбайт пам'яті, то Z2RAM у тому ж об'ємі пропонує вже приблизно 320 Мбайт за збереження пропускної здатності на порівнянному з SRAM рівні. Подібні об'єми не вражають на тлі флагманських прискорювачів із пам'яттю HBM, проте для прискорювачів на базі SRAM, таких як Nvidia Groq, це може стати суттєвим прогресом: чипи Groq 3 типу LPU пропонують близько 500 Мбайт SRAM, і при переході на Z2RAM цей об'єм теоретично може зрости вп'ятеро і більше.

Виробництво: простіше за HBM, але поки що лише в лабораторії

Вертикальне багаторівневе компонування Z2RAM формально нагадує HBM, але з погляду технології виробництва воно ближче до формування шарів у мікросхемах NAND, що, за оцінкою стартапу, робить її значно дешевшою за HBM і простішою у виготовленні. При цьому Гелсінгер визнає, що в парі «щільність плюс швидкодействие» HBM на сьогодні залишається найкращим на ринку, нехай і з обмеженнями щодо щільності, енергоспоживання та пропускної здатності на периферійних ділянках чипа. Прототипи Z2RAM за межі лабораторій поки що не виходили, тому Nagare Labs шукає партнера з дослідною виробничою лінією для випуску перших зразків. Працездатні чипи компанія планує отримати протягом чотирьох років, а масові постачання серійних примірників — налагодити протягом найближчих десяти років.

Ризики: відсутність стандарту та нестабільність оксидів

Компанія готова співпрацювати з розробниками сторонніх чипів, які бажають інтегрувати Z2RAM у свої компоненти, проте на цьому шляху стоять дві перешкоди. Перша — відсутність стандартного інтерфейсу: стартап міг би розробити його самостійно, але це складне завдання. Друга — низька стабільність властивостей виробів з оксидних напівпровідників, яка ускладнює масштабування виробництва. За словами представників Nagare Labs, суворі галузеві стандарти вже «поховали» чимало розробок у сфері нових типів пам'яті, але ринок водночас відкриває й нові можливості. Гелсінгер зазначає, що бум штучного інтелекту виявив гостру потребу як у пропускній здатності, так і в ємності пам'яті, що використовується в існуючій інфраструктурі, тому до проривних розробок у цій сфері зберігається величезний інтерес і знаходяться капітальні ресурси на їх стимулювання.