全球存儲解決方案領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)Kioxia Corporation成功研發(fā)出一款大容量、高帶寬閃存模塊原型，該模塊對于大規(guī)模人工智能(AI)模型而言至關(guān)重要。這一成果是在日本國家研發(fā)機(jī)構(gòu)——日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)(NEDO)委托的“后5G信息和通信系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施增強(qiáng)研發(fā)項(xiàng)目(JPNP20017)”框架內(nèi)取得的。這款存儲模塊具備5太字節(jié)(TB)的大容量和64吉字節(jié)每秒(GB/s)的高帶寬。

為解決傳統(tǒng)DRAM存儲模塊面臨的容量與帶寬難以兼顧的問題，Kioxia開發(fā)了一種新的模塊配置，采用閃存顆粒的菊花鏈連接方式。我們還研發(fā)了支持128吉比特每秒(Gbps)帶寬的高速收發(fā)器技術(shù)，以及提升閃存性能的相關(guān)技術(shù)。這些創(chuàng)新已被有效應(yīng)用于存儲控制器和存儲模塊。

該存儲模塊的實(shí)際應(yīng)用有望加速數(shù)字化轉(zhuǎn)型，推動物聯(lián)網(wǎng)(IoT)、大數(shù)據(jù)分析和高級AI處理在后5G/6G移動邊緣計(jì)算(MEC)服務(wù)器等場景中的應(yīng)用。

1. 研發(fā)背景

在后5G/6G時代，無線網(wǎng)絡(luò)有望實(shí)現(xiàn)更高速度、更低延遲，并能同時連接更多設(shè)備。然而，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程云服務(wù)器進(jìn)行處理會增加包括有線網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的整個網(wǎng)絡(luò)的延遲，給實(shí)時應(yīng)用帶來困難。因此，需要廣泛采用能在更貼近用戶的位置處理數(shù)據(jù)的MEC服務(wù)器，這有望推動多個行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。此外，近年來，對生成式AI等高級AI應(yīng)用的需求不斷增長。隨著MEC服務(wù)器性能的提升，存儲模塊也需要具備更大的容量和更高的帶寬。

在此背景下，Kioxia在該項(xiàng)目中專注于提升基于閃存的存儲模塊的容量和帶寬。公司已成功研發(fā)出容量為5 TB、帶寬為64 GB/s的存儲模塊原型，并驗(yàn)證了其可操作性。

2. 項(xiàng)目成果

2.1 采用菊花鏈連接

為實(shí)現(xiàn)兼具大容量與高帶寬的存儲模塊，Kioxia采用了菊花鏈連接方式，每個存儲板都連接著一串控制器，而非采用總線連接。因此，即使增加閃存數(shù)量，帶寬也不會下降，且能實(shí)現(xiàn)超越傳統(tǒng)限制的大容量。

2.2 128 Gbps PAM41高速低功耗收發(fā)器

存儲控制器之間的菊花鏈連接采用高速差分串行信號傳輸(而非并行信號傳輸)以減少連接數(shù)量，并利用PAM4(四電平脈沖幅度調(diào)制)技術(shù)，以在低功耗下實(shí)現(xiàn)128 Gbps的更高帶寬。

2.3 提升閃存性能的技術(shù)

為縮短存儲模塊中閃存的讀取延遲，Kioxia研發(fā)了閃存預(yù)取技術(shù)——通過在順序訪問時預(yù)取數(shù)據(jù)來最大限度減少延遲，并將該技術(shù)應(yīng)用于控制器。此外，通過在存儲控制器與閃存的接口中應(yīng)用低幅度信號和失真校正/抑制技術(shù)，存儲帶寬已被提升至4.0 Gbps。

2.4 存儲控制器與存儲模塊原型研發(fā)

通過應(yīng)用128 Gbps PAM4高速低功耗收發(fā)器以及提升閃存性能的技術(shù)，Kioxia研發(fā)出存儲控制器和存儲模塊原型，其與服務(wù)器的主機(jī)接口采用PCIe? 6.0(64 Gbps，8通道)。該原型存儲模塊表明，在功耗低于40瓦的情況下，可實(shí)現(xiàn)5TB的容量和64GB/s的帶寬。

3. 未來計(jì)劃

除了物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析和邊緣端高級AI處理，Kioxia還將依托生成式AI等新市場趨勢，推動該研究成果的早日商業(yè)化和實(shí)際應(yīng)用。

1 PAM4(四電平脈沖幅度調(diào)制)：一種使用四個電壓電平表示兩位數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。

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