Z2RAM: Pat Gelsinger stawia na pamięć, która ma obejść „memory wall”

Pat Gelsinger, były szef Intela, inwestuje w startup Nagare Labs i opracowaną przez niego pamięć Z2RAM. Technologia ma obiecywać szybkość SRAM-u, gęstość zbliżoną do DRAM-u i możliwość układania kolejnych warstw podobnie jak w pamięciach NAND. Na razie są to jednak deklaracje twórców, a nie parametry gotowego produktu.

Ściana pamięci hamuje AI

Problem, który ma rozwiązać Z2RAM, to tzw. „memory wall”. Według przytaczanych danych w ciągu ostatnich trzech dekad szczytowa wydajność obliczeniowa rosła średnio o 70 proc. rocznie, a przepustowość pamięci tylko o około 20 proc. Mocne układy często czekają więc na dane. Szczególnie boleśnie widać to w generatywnej AI, gdzie duże modele ciągle przesyłają ogromne ilości parametrów między pamięcią a jednostkami obliczeniowymi.

Nagare Labs twierdzi, że pobranie wartości z HBM może zużywać około tysiąca razy więcej energii niż wykonanie na niej operacji. To liczba podana przez firmę promującą własne rozwiązanie, więc należy traktować ją jako deklarację producenta.

Jak ma działać Z2RAM

Firma jest spin-offem Georgia Tech, a jej współzałożycielami są profesorowie Suman Datta i Shimeng Yu. Datta współtworzył rozwiązania High-k/Metal Gate i tranzystory Tri-Gate stosowane przez Intela, a Yu stworzył otwartoźródłowy symulator NeuroSim.

Komórka Z2RAM nie ma fizycznego kondensatora. Składa się z dwóch tranzystorów, a ładunek jest przechowywany w pojemności bramki drugiego z nich. Dzięki temu odczyt jest niedestrukcyjny, co ma ograniczać opóźnienia. Podstawą są półprzewodniki tlenkowe, a kolejne warstwy pamięci mają powstawać bezpośrednio nad akceleratorem, bez interposera. Pionowe połączenia mają skrócić drogę danych do mikrometrów zamiast milimetrów, a energia transferu ma wynosić wyraźnie poniżej jednego pikodżula na bit.

Pierwsza generacja ma celować w pięciokrotnie większą gęstość niż SRAM dzięki sześciu warstwom. Zamiast 64 MB SRAM-u na tej samej powierzchni zmieściłoby się około 320 MB przy podobnej przepustowości. Mapa rozwoju zakłada ponad 100 warstw.

Co dalej

Podejście przypomina ideę 3D V-Cache od AMD, czyli dużą, szybką pamięć tuż przy logice, lecz Nagare Labs mierzy znacznie wyżej. O tym, czy Z2RAM wyjdzie poza etap obietnic, zdecydują dopiero działające układy.