A Kioxia Corporation, líder mundial em soluções de memória, desenvolveu com sucesso um protótipo de módulo de memória flash de grande capacidade e alta largura de banda, essencial para modelos de inteligência artificial (IA) em grande escala. Essa façanha foi alcançada no âmbito do “Projeto de P&D para Aprimoramento da Infraestrutura de Sistemas de Informação e Comunicação Pós-5G (JPNP20017)”, encomendado pela Organização de Desenvolvimento de Novas Energias e Tecnologias Industriais (NEDO), agência nacional de pesquisa e desenvolvimento do Japão. Esse módulo de memória possui grande capacidade de cinco terabytes (TB) e alta largura de banda de 64 gigabytes por segundo (GB/s).
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Flash Memory Module and a Use Case
Para encontrar uma solução para o dilema entre capacidade e largura de banda, que tem sido um desafio para os módulos de memória convencionais baseados em DRAM, a Kioxia desenvolveu uma nova configuração de módulo utilizando conexões em cadeia com contas de memórias flash. Também desenvolvemos tecnologia de transceptor de alta velocidade que permite larguras de banda de 128 gigabits por segundo (Gbps), juntamente com técnicas para melhorar o desempenho da memória flash. Essas inovações foram aplicadas de forma eficaz tanto aos controladores de memória quanto aos módulos de memória.
Espera-se que a aplicação prática desse módulo de memória acelere a transformação digital, permitindo a adoção da Internet das Coisas (IoT), análise de Big Data e processamento avançado de IA em servidores Mobile Edge Computing (MEC) pós-5G/6G e outras aplicações.
1. Contexto
Na era pós-5G/6G, espera-se que as redes sem fio alcancem velocidades mais altas, menor latência e maior capacidade de conexão simultânea entre dispositivos. No entanto, a transmissão de dados para servidores remotos em nuvem para processamento aumenta a latência em toda a rede, inclusive nas redes cabeadas, dificultando aplicações em tempo real. Por esse motivo, torna-se necessária a ampla adoção de servidores MEC, que processam dados mais próximos dos usuários, impulsionando a transformação digital em diversos setores. Além disso, a demanda por aplicações avançadas de IA, como a IA generativa, tem crescido significativamente nos últimos anos. Para atender a esse cenário, além das melhorias no desempenho dos servidores MEC, os módulos de memória também precisam oferecer maior capacidade e largura de banda.
Nesse contexto, a Kioxia concentrou seus esforços em aprimorar a capacidade e a largura de banda dos módulos de memória utilizando memória flash. A empresa desenvolveu um protótipo de módulo de memória com capacidade de 5 TB e largura de banda de 64 GB/s, cuja operacionalidade foi verificada com sucesso.
2. Conquistas deste projeto
2.1 Adoção de conexões em cadeia
Para alcançar módulos de memória com alta capacidade e elevada largura de banda, a Kioxia adotou uma arquitetura de conexão em cadeia, com controladores conectados individualmente a cada placa de memória, em vez da tradicional conexão por barramento. Como resultado, a largura de banda permanece constante mesmo com o aumento do número de memórias flash, permitindo superar os limites convencionais de capacidade.
2.2 Transceptor PAM41 de 128 Gbps com alta velocidade e baixo consumo de energia
A sinalização serial diferencial de alta velocidade foi aplicada às conexões em cadeia entre os controladores de memória, substituindo a sinalização paralela, o que reduz o número de conexões físicas. Para alcançar uma largura de banda superior de 128 Gbps com baixo consumo energético, foi utilizada a modulação PAM4 (Modulação de Amplitude de Pulso com 4 Níveis).
2.3 Tecnologias que impulsionam o desempenho da memória flash
Para reduzir a latência de leitura da memória flash em módulos de memória, a Kioxia desenvolveu a tecnologia de pré-busca flash, que minimiza a latência por meio da antecipação de dados durante acessos sequenciais, implementando essa funcionalidade diretamente no controlador. Além disso, a largura de banda da memória foi ampliada para 4,0 Gbps com a aplicação de sinalização de baixa amplitude e tecnologias de correção e supressão de distorções na interface entre o controlador de memória e a memória flash.
2.4 Prototipagem do controlador de memória e do módulo de memória
Com a integração dos transceptores PAM4 de 128 Gbps, que oferecem alta velocidade com baixo consumo de energia, e das tecnologias que aprimoram o desempenho da memória flash, a Kioxia desenvolveu um protótipo de controlador e módulo de memória que utiliza a interface PCIe® 6.0 (64 Gbps, 8 vias) para comunicação com o servidor host. Os testes demonstraram que o módulo é capaz de atingir uma capacidade de 5 TB e uma largura de banda de 64 GB/s, operando com consumo inferior a 40 watts.
3. Planos futuros
Além da análise de IoT e big data e do processamento avançado de IA na borda, a Kioxia está promovendo a comercialização antecipada e a implementação prática dos resultados desta pesquisa, explorando novas tendências de mercado, como a IA generativa.
1 PAM4 (Modulação de Amplitude de Pulso com 4 Níveis): técnica de transmissão de dados que utiliza quatro níveis de voltagem para representar dois bits por símbolo.
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Sobre a Kioxia
A Kioxia é líder global em soluções de memória, especializada no desenvolvimento, produção e comercialização de memória flash e unidades de estado sólido (SSDs). Em abril de 2017, sua antecessora, a Toshiba Memory, foi desmembrada da Toshiba Corporation – pioneira na invenção da memória flash NAND em 1987. Comprometida em transformar o mundo por meio da “memória”, a Kioxia oferece produtos, serviços e sistemas que ampliam as possibilidades para os clientes e geram valor para toda a sociedade. Sua avançada tecnologia de memória flash 3D, BiCS FLASH™, está moldando o futuro do armazenamento em aplicações de alta densidade, que vão de smartphones de última geração e PCs a sistemas automotivos, data centers e soluções de inteligência artificial generativa.
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Fonte: BUSINESS WIRE
