Onderzoekers bij imec hebben een hybride NAND-DRAM-geheugenarchitectuur onthuld, gebaseerd op charge-coupled device (CCD)-technologie, een ontwikkeling gericht op het verbeteren van de geheugensnelheid en kostenefficiëntie. Deze innovatieve 3D CCD-architectuur pakt het knelpunt van de “geheugenmuur” aan bij AI-computing, waarbij verwerkingseenheden zoals GPU’s vertragingen ondervinden bij het wachten op gegevens als gevolg van onvoldoende geheugenbandbreedte.
Het ontwerp combineert de snelheid en herschrijfbaarheid van DRAM met de dichtheid van NAND, waardoor het zich onderscheidt van conventionele platte geheugencelopstellingen door geheugencellen verticaal te stapelen. Deze aanpak bootst de 3D NAND-architectuur na en biedt potentiële voordelen, waaronder minder lekkage en verbeterde kostenefficiëntie dankzij de hogere dichtheid van geheugencellen.
De CCD-technologie, die traditioneel in digitale camera’s wordt gebruikt, is aangepast om geheugensystemen te verbeteren. Imec’s prototype maakt gebruik van Indium Gallium Zinc Oxide (IGZO) in plaats van silicium, wat voordelen belooft zoals een betere dataretentie en een lager energieverbruik. Het prototype heeft ladingsoverdrachtssnelheden bereikt van meer dan 4 MHz, hoewel het momenteel een beperkt aantal gestapelde lagen bevat.
Imec verwacht dat de 3D CCD-architectuur op dezelfde manier kan worden geschaald als NAND, waarbij commercieel verkrijgbare chips nu meer dan 200 lagen bevatten. De architectuur is ontworpen voor gegevenstoegang op blokniveau, waardoor de prestaties voor moderne AI-workloads worden geoptimaliseerd in vergelijking met byte-adresseerbare DRAM. “In tegenstelling tot byte-adresseerbare DRAM is ons 3D CCD-apparaat ontworpen om gegevenstoegang op blokniveau te bieden, wat beter geschikt is voor moderne AI-workloads”, zegt Maarten Rosmeulen, programmadirecteur voor opslaggeheugen.
Toekomstplannen positioneren deze architectuur als een CXL Type-3-apparaat, waardoor de communicatie tussen GPU’s, CPU’s en versnellers wordt vergemakkelijkt in overeenstemming met industriestandaarden. Er zijn verschillende uitdagingen die moeten worden aangepakt, waaronder thermisch beheer, laagschaalbaarheid en real-world integratie van het prototype. Als deze geheugenarchitectuur succesvol is, kan deze de kosten die gepaard gaan met DRAM in AI-infrastructuren echter aanzienlijk verlagen.
Het lopende onderzoek van Imec kan leiden tot de oprichting van een nieuwe categorie geheugenarchitecturen die de huidige ontwerpen overtreffen, wat wijst op een veelbelovende toekomst voor de vooruitgang op het gebied van geheugentechnologie.
