Geleneksel DRAM'ı NAND benzeri bir yapıda düşünün. İşte 3D X-DRAM'ın temel konsepti bu; bellek pazarları için bir devrim niteliğinde ve yapay zeka uygulamaları için daha yüksek yoğunluklar sunuyor.
3D X-DRAM Gerçeğe Yaklaşıyor: Yapay Zeka İçin Daha Yüksek Yoğunluk Sunan Bir HBM Alternatifi
2023 yılında, bir Amerikan şirketi olan NEO Semiconductor, 3D NAND benzeri bir mimari kullanarak DRAM kapasitesi darboğazını çözecek 3D X-DRAM adını verdiği yepyeni bir projeyi duyurdu. Şirket ayrıca, 3D X-DRAM tabanlı bellek çözümlerine entegre edilecek iki adet 3D X-DRAM hücresini de tanıttı.
Bu hücreler arasında, geleneksel DRAM'a kıyasla 10 kat yoğunluk artışı sunan ve aynı zamanda uygun maliyetli ve yüksek verimli üretim için hazır olan 512Gb'a kadar kapasite sunan 1T1C ve 3T0C DRAM hücreleri bulunuyor. Her bir 3D X-DRAM varyantı farklı amaçlar için tasarlandı. Örneğin, 1T1C yüksek yoğunluklu DRAM sunarak ana akım DRAM ve HBM yol haritalarıyla uyumludur; 3T0C ise yapay zeka iş yükleri için idealdir.
- 1T1C (bir transistör, bir kapasitör) – Yüksek yoğunluklu DRAM için temel çözüm, ana akım DRAM ve HBM yol haritalarıyla tamamen uyumludur.
- 3T0C (üç transistör, sıfır kapasitör) – Akım algılama işlemleri için optimize edilmiştir, yapay zeka ve bellek içi bilgi işlem için idealdir.
- 1T0C (bir transistör, sıfır kapasitör) – Yüksek yoğunluklu DRAM, bellek içi bilgi işlem, hibrit bellek ve mantık mimarileri için uygun bir yüzen gövde hücre yapısıdır.
Bu duyurunun ana özellikleri şunları içeriyordu:
- Eşsiz Veri Saklama ve Verimlilik – IGZO kanal teknolojisi sayesinde, 1T1C ve 3T0C hücre simülasyonları, 450 saniyeye kadar veri saklama süresi göstererek yenileme gücünü önemli ölçüde azaltıyor.
- Simülasyonlarla Doğrulandı – TCAD (Teknoloji Bilgisayar Destekli Tasarım) simülasyonları, 10 nananiyelik hızlı okuma/yazma hızlarını ve 450 saniyenin üzerindeki veri saklama süresini doğruladı.
- Üretim Dostu – Mevcut DRAM üretim hatlarına tam ölçeklenebilirlik ve hızlı entegrasyon sağlayan, minimum değişiklikle modifiye edilmiş bir 3D NAND süreci kullanıyor.
- Ultra Yüksek Bant Genişliği – Bellek bant genişliğini önemli ölçüde artırırken güç tüketimini azaltmak için hibrit birleştirme için benzersiz dizi mimarileri kullanıyor.
- Gelişmiş İş Yükleri İçin Yüksek Performans – Yapay zeka, kenar bilişim ve bellek içi işlem için tasarlanmış olup, güvenilir yüksek hızlı erişim ve azaltılmış enerji tüketimi sunuyor.
DRAM'ın HBM'ye göre bir avantajı vardır: Yüksek Bant Genişlikli Bellek (HBM), yapay zeka ve HPC segmentleri için önde gelen seçenek olsa da, üretimi zor, pahalı ve sunucu çiplerine konuşlandırılmadan önce çok fazla test ve doğrulama gerektiriyor. Buna karşılık, DRAM üretimi kolaydır ve bu kadar çok kontrol gerektirmez. 3D X-DRAM, HBM'nin yaptığı gibi birden fazla DRAM yongasını üst üste yığmak yerine, tek bir yonga içinde monolitik benzeri bir mimari kullanıyor.
Bugün, NEO Semiconductor, 3D X-DRAM'ın kavram kanıtını (Proof-of-Concept) başarıyla gösterdi ve projeyi daha da ilerletmek için yatırımlar sağladı. POC test çiplerini kullanarak şirket, 3D X-DRAM'ın mevcut 3D NAND altyapısı kullanılarak üretilebileceğini ve HBM belleğin aksine birden fazla DRAM katmanı eklenebileceğini gösterdi.
POC test çiplerinin ilk test sonuçları şunlardır:
- Okuma/yazma gecikmesi: <10 ns
- Veri saklama: 85°C'de >1 saniye (64 ms JEDEC standardından 15 kat daha iyi)
- Bit-çizgisi bozulması: 85°C'de >1 saniye
- Kelime-çizgisi bozulması: 85°C'de >1 saniye
- Dayanıklılık: >10¹⁴ döngü
Yapay zeka ve HPC segmentlerinde bellek talebi arttıkça, gelişmiş DRAM çözümleri bir zorunluluk haline gelecektir. Intel de bu amaçla ZAM (Z-Angle Memory) adını verdiği benzer bir DRAM mimarisi hazırlıyor. Şu anda, bu iki DRAM mimarisinin hiçbiri üretimde değil, hatta üretimden çok uzakta; ancak, ilerlemeleri ve büyük firmaların devam eden yatırımları göz önüne alındığında, bu teknolojilerin bu on yıl içinde sunucu ortamına güç vereceğini görebileceğiz.
