全球存儲解決方案領域的領軍企業(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)模型而言至關重要。這一成果是在日本國家研發(fā)機構——日本新能源產業(yè)技術綜合開發(fā)機構(NEDO)委托的“后5G信息和通信系統(tǒng)基礎設施增強研發(fā)項目(JPNP20017)”框架內取得的。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，以及提升閃存性能的相關技術。這些創(chuàng)新已被有效應用于存儲控制器和存儲模塊。

該存儲模塊的實際應用有望加速數(shù)字化轉型，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移動邊緣計算(MEC)服務器等場景中的應用。

1. 研發(fā)背景

在后5G/6G時代，無線網(wǎng)絡有望實現(xiàn)更高速度、更低延遲，并能同時連接更多設備。然而，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h程云服務器進行處理會增加包括有線網(wǎng)絡在內的整個網(wǎng)絡的延遲，給實時應用帶來困難。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服務器，這有望推動多個行業(yè)的數(shù)字化轉型。此外，近年來，對生成式AI等高級AI應用的需求不斷增長。隨著MEC服務器性能的提升，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，并驗證了其可操作性。

2. 項目成果

2.1 采用菊花鏈連接

為實現(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(四電平脈沖幅度調制)技術，以在低功耗下實現(xiàn)128 Gbps的更高帶寬。

2.3 提升閃存性能的技術

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

通過應用128 Gbps PAM4高速低功耗收發(fā)器以及提升閃存性能的技術，Kioxia研發(fā)出存儲控制器和存儲模塊原型，其與服務器的主機接口采用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，可實現(xiàn)5TB的容量和64GB/s的帶寬。

3. 未來計劃

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)化和實際應用。

1 PAM4(四電平脈沖幅度調制)：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。

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