Nou arquitectura de memòria per a SOCs i sistemes de diversos xips

A mesura que Numem fa que els xips de Nuram en paquets, el diagrama de jerarquia de memòria pot ser que s'hagi d'actualitzar més.Abans d’endinsar-se en l’estat actual dels xips i els sistemes de múltiples xips, aquest article revisarà breument el context de la indústria actual. La intel·ligència artificial (AI) i l’aprenentatge automàtic (ML) s’estan convertint en omnipresents i es converteixen en els motors bàsics del desenvolupament tecnològic. Els dissenys moderns del sistema es basen en diverses unitats de processament, incloses CPU, GPU, NPU, TPU i altres acceleradors de maquinari. Avui en dia, ASICS (circuits integrats específics per a aplicacions), ASSPS (productes estàndards específics de l’aplicació) i SOCS (sistema en xips) estan normalment dissenyats mitjançant els mòduls de compra de propietats intel·lectuals (IP) per a funcions d’ús comú de venedors de tercers de confiança. Aquests mòduls IP poden ser processadors, controladors de memòria, interfícies d’alta velocitat, etc. A més, les empreses desenvolupen els seus propis mòduls IP “personalitzats” per diferenciar els seus productes al mercat. Aquests blocs IP es coneixen com a "IPs suaus" perquè es representen en una forma abstracta d'un nivell de transferència de registre (RTL) i es descriuen per un llenguatge de descripció de maquinari com Verilog o VHDL. Aquests blocs IP s’integren i s’integren a les llistes netes de nivell i de registre, que finalment es fabriquen en xips de silici. Per descomptat, la descripció anterior és una simplificació alta del procés complex. Algunes de les empreses més grans, com AMD, Intel (i la seva recent filatura Altera) i Nvidia, tenen la capacitat d’integrar múltiples xips de silici (és a dir, chiplets) al mateix substrat de silici, donant lloc a sistemes de diversos xips. I altres empreses més petites somien amb aquesta capacitat. En el futur, fins i tot les petites empreses podrien desenvolupar els seus propis xiplets "personalitzats" comprant chiplets en forma de IP dura, aprofitant eines i tecnologies de disseny ASIC/ASSP/SOC existents i muntant aquests xiple al mateix substrat i envasant -los en un sol mòdul. Aquesta visió s’està convertint en realitat. Segons la Cimera de Chiplet de 2025, les eines, les tecnologies i els ecosistemes amb chíples al seu nucli estan sorgint ràpidament. A continuació, dirigim la nostra atenció a l’espai de memòria. En el passat, la classificació de la memòria era relativament senzilla. En el camp de la memòria de semiconductors (excloent la línia de retard de mercuri precoç i la memòria del nucli magnètic), hi ha principalment ROM (memòria només de lectura) i RAM (memòria d’accés aleatori), el primer és no volàtil (és a dir, memòria persistent), i la segona és volàtil (IE, memòria temporal). A RAM, hi ha dos tipus principals: RAM dinàmic (DRAM) i RAM estàtic (SRAM). Des d’una perspectiva de cèl·lules per memòria, el DRAM és menys costós, té una petjada menor i consumeix menys energia, però a un ritme més lent; SRAM, en canvi, és més ràpid, però amb un cost més elevat, té una petjada més gran i consumeix més energia. Quan es tracta d’emmagatzematge massiu, solia confiar molt en unitats de disc dur (HDDs). Tanmateix, a mesura que evoluciona la tecnologia, la classificació de la memòria es fa cada vegada més complexa. Avui, la jerarquia de la memòria ha esdevingut difícil de resumir. Aquí teniu un diagrama simplificat de la jerarquia de la memòria:

0010-13927 El muntatge de l'elevació de pedestal precleu

A la part superior de la jerarquia de memòria (Font: Max Maxfield) es troben registres incrustats en processadors (per exemple, CPU, GPU, etc.) i normalment es pot accedir dins d’un sol cicle de rellotge. A continuació, es troben els caché L1, L2 i L3, així com qualsevol SRAM incrustat (ESRAM) i caché a nivell del sistema (SLCs), que normalment s’implementen per SRAM. Els registres, la memòria cau, esram i SLC estan integrats al xip. Històricament, la memòria principal, com els dispositius DDR, es trobava fora del xip i es muntava en una placa de circuit imprès (PCB). Des del 2015, ASIC de gamma alta, ASSPS i SOC han integrat la memòria d’amplada de banda alta (HBM), un tipus de xip apilat DRAM connectat a través de Silicon a través de (TSV) i connectat al xip principal mitjançant la interfície adequada. Si bé els HBM no es consideren generalment chiplets, es tracta fonamentalment en aquesta categoria. Recentment, els xiplets de DDR també han començat a aparèixer (DDR és una altra forma de DRAM). A més de DRAM i SRAM, hi ha altres tipus de memòria, cadascuna amb els seus propis avantatges i desavantatges. Aquests inclouen la memòria flash (NAND i NOR), MRAM (memòria d'accés aleatori magnetoresistiu), RERAM (memòria d'accés aleatori resistent), FRAM (memòria d'accés aleatori ferroelèctric) i PCM (memòria de canvi de fase). MRAM crida l’atenció perquè no és volàtil, consumeix menys potència que DRAM i és més ràpid. Tot i que el MRAM consumeix molt menys potència que el SRAM, ha estat significativament més ràpid que el SRAM, fins fa poc. Recentment, Numem va introduir una tecnologia de memòria anomenada Nuram, que es basa en un procés MRAM estàndard, però el seu únic Smartmem Smartmem Architecture i SmartMEM acosten el seu rendiment a SRAM. Segons Numem, Nuram ofereix un consum, rendiment i fiabilitat superior, amb una àrea 2,5 vegades menor i consum de potència de fuites de 85 a 2, 000 vegades inferior al SRAM tradicional. Combinat amb el subsistema SMARMEM SOC, Nuram permet un rendiment similar al SRAM i admet una gestió completa de la memòria adaptativa, així com les capacitats opcionals de computació de memòria SOC. Numem ven inicialment les seves tecnologies MRAM i Smartmem com a mòduls IP per utilitzar -los per dissenyadors ASIC, ASSP i SOC. Ara, la companyia té previst llançar xips Nuram en forma de paquets i desenvolupar encara més la tecnologia Nuram en forma de chiplet. És per això que Numem assisteix a la cimera de Chiplet 2025: volen treballar amb els socis ecosistemes per proporcionar dissenys de referència per a altres venedors. Numem ha obtingut el xip de prova i proporciona els dos gràfics següents basats en els resultats de l'avaluació:Comparació de l'ample de banda dels mòduls de memòria AI. Font: Numem

0010-13774 Assy, Wafer Lift Rooldown/Passthru

Mòduls de memòria de comparació de potència en espera (Font: Numem)

A partir d’aquests avenços, la jerarquia de la memòria es pot actualitzar més. A continuació, es mostra un diagrama esquemàtic de la darrera jerarquia de memòria, amb caixes vermelles que indiquen àrees on és probable que s’utilitzi la tecnologia Numem i les estrelles vermelles que indiquin capacitats d’emmagatzematge persistents implementades per Nuram.

Aplicacions potencials de MRAM d’alt rendiment en jerarquies de memòria. Font: Max Maxfield

A mesura que Numem fa que els xips de Nuram en paquets, el diagrama de jerarquia de memòria pot ser que s'hagi d'actualitzar més. Tot i això, es pot deixar de discussió en el futur.