又一种新型存储，被看好

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历史上充斥着失败的存储技术。但英特尔前首席执行官帕特·盖尔辛格认为，佐治亚理工学院的研究人员利用氧化物半导体开发的一种新兴存储技术或许是个例外。

“从本质上讲，三十年来我们在存储器领域没有取得任何重大创新——SRAM、DRAM 和闪存是仅有的三种广泛部署的存储器类型，”Gelsinger 告诉El Reg。

Nagare Labs 的 Z2RAM 旨在改变这种现状，它提供了一种内存技术，其速度几乎与 SRAM 一样快，密度更接近 DRAM，同时比 HBM 或 LPDDR 更容易制造。

“从根本上讲，他们将DRAM、SRAM和闪存的最佳特性融合到一种新型设备中，这种设备既拥有DRAM般的高密度，又拥有SRAM般的速度，同时还具备闪存般的可扩展性，”Gelsinger说道。“虽然HBM存在诸多局限性（功耗、密度、海岸线带宽），但其密度和性能的结合是目前市面上最好的。这正是Z2RAM的价值所在：更高的密度、更快的速度和更低的功耗。”

这就解释了为什么投资公司 Playground Global（Gelsinger 去年成为其合伙人）正在帮助 Nagare 进行开发工作。

Nagare Labs 由佐治亚理工学院教授兼研究员 Suman Datta 和 Shimeng Yu 创立，是多年来对铁电体和电阻式随机存取存储器等下一代存储技术研究的结晶。

这项技术基于氧化物半导体，旨在通过3D混合键合技术直接集成到计算逻辑中。在这方面，Z2RAM将扮演类似于AMD的3D V-Cache SRAM堆叠技术的角色。

如果您熟悉需要额外 L3 缓存的 CPU，AMD 使用先进的封装技术，将 64MB SRAM 芯片封装在 CPU 芯片的上方或下方，从而有效地将其 SRAM 容量增加两倍。

Z2RAM 的概念与 SRAM 类似，但其首款产品承诺位密度可达 SRAM 的 5 倍以上。因此，如果 SRAM 的容量为 64MB，那么 Nagare 的 Z2RAM 芯片在相同空间内可提供 320MB 的容量，带宽与 SRAM 相当。

虽然与 Nvidia 的 Rubin（容量为 288 GB）或 AMD 的 MI455X（容量为 432 GB）等采用 HBM 的加速器相比，Z2RAM 的容量可能不算大，但它比 Nvidia 的 Groq LPU 等基于 SRAM 的加速器有了显著的改进。

目前，英伟达的 Groq 3 LPU 每个芯片配备约 500 MB 的 SRAM，这意味着需要数千个加速器才能大规模支持前沿的 LLM。Z2RAM 可以将所需的芯片数量减少 5 倍甚至更多。

“随着人工智能需求的爆炸式增长，我们看到内存需求也出现了异常增长，因为人工智能是一种内存受限的工作负载。在此背景下，人们对能够解决人工智能带来的带宽和容量挑战的突破性技术表现出了极大的兴趣，并且现在也有足够的资金，”盖尔辛格告诉我们。

Nagare 利用基于晶体管而不是电容器的存储单元实现了这种密度和带宽的壮举。

联合创始人达塔告诉我们：“就速度而言，它将与SRAM相媲美，但就功能而言，由于存储机制的不同，它更像是DRAM。DRAM由一个晶体管、一个电容器和一个被动物理电容器组成。Z2RAM实际上是由两个晶体管组成的，但是……我们利用第二个晶体管的栅极电容来存储电荷。”

由于电荷存储在晶体管中，读取操作是非破坏性的，因此延迟比DRAM更低。这是因为从内存中读取DRAM单元时，其电容器会被放电。“读取完成后，你必须将数据写回单元，”他解释道。

Z2RAM 的全晶体管架构并非其唯一的亮点，因为 Nagare 正在研究一种能够将这些单元垂直堆叠的技术和工艺。

虽然这听起来很像 HBM 或 LPDDR，但 Datta 表示，它实际上更类似于 NAND 逐层构建的方式，理论上这意味着 Z2RAM 的制造成本应该会大大降低，制造难度也会大大降低。

Nagare 完成首轮种子轮融资后，目前拥有 500 万美元用于进一步研发这项技术。就半导体技术而言，这笔钱并不算多，但 Datta 也坦言，这家初创公司的技术几乎还停留在实验室阶段。

“我们现在还只是实验室原型，”他说道。该公司目前正在寻找研发制造合作伙伴，以帮助其将生产规模扩大到大学洁净室之外，目标是在未来四年内提供可工作的Z2RAM内存芯片样品，并在未来十年内实现量产出货。

Datta 表示，该公司也愿意直接与芯片制造商合作，将 Z2RAM 集成到他们的设计中，类似于 AMD 与台积电在其 3D V-Cache 芯片上的合作方式。

该公司在整合方面也面临挑战。

“目前还没有将这种新型存储器与加速器集成的标准，”余先生说。“为了充分发挥这种高容量、高速存储器的优势，我们必须使用3D键合技术，但目前这方面还没有标准化的规范。”

“当然，AMD也有V-Cache技术，但这是专有技术，”他补充道。

Yu 告诉我们，为了让 Z2RAM 在没有开放的行业标准的情况下得到广泛应用，Nagare 可能不得不自己设计一个接口，这可不是一件容易的事。

此外，还存在验证方面的问题。Nagare公司正在研究氧化物半导体，Datta告诉我们，这种材料具有更好的热性能和辐射性能，但也容易出现原子空位。

他解释说：“即使是单个电子效应或少数电子效应也会导致晶体管的阈值电压发生微小的移动，而这足以破坏电池。”

因此，人们投入了大量精力来最大限度地提高 Z2RAM 存储单元的可靠性。

“有很多存储器领域的创业公司都失败了，”达塔说。“你可能拥有最先进的存储器技术，但由于严格的标准，你永远无法打入市场。”

然而，达塔认为形势已经改变。不断变化的动态和新协议的出现，为再次探索记忆领域开辟了道路。

(来源：编译自theregister)

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