全球存儲解決方案領域的領軍企業Kioxia Corporation成功研發出一款大容量、高帶寬閃存模塊原型，該模塊對于大規模人工智能(AI)模型而言至關重要。這一成果是在日本國家研發機構——日本新能源產業技術綜合開發機構(NEDO)委托的“后5G信息和通信系統基礎設施增強研發項目(JPNP20017)”框架內取得的。這款存儲模塊具備5太字節(TB)的大容量和64吉字節每秒(GB/s)的高帶寬。

為解決傳統DRAM存儲模塊面臨的容量與帶寬難以兼顧的問題，Kioxia開發了一種新的模塊配置，采用閃存顆粒的菊花鏈連接方式。我們還研發了支持128吉比特每秒(Gbps)帶寬的高速收發器技術，以及提升閃存性能的相關技術。這些創新已被有效應用于存儲控制器和存儲模塊。

該存儲模塊的實際應用有望加速數字化轉型，推動物聯網(IoT)、大數據分析和高級AI處理在后5G/6G移動邊緣計算(MEC)服務器等場景中的應用。

1. 研發背景

在后5G/6G時代，無線網絡有望實現更高速度、更低延遲，并能同時連接更多設備。然而，將數據傳輸到遠程云服務器進行處理會增加包括有線網絡在內的整個網絡的延遲，給實時應用帶來困難。因此，需要廣泛采用能在更貼近用戶的位置處理數據的MEC服務器，這有望推動多個行業的數字化轉型。此外，近年來，對生成式AI等高級AI應用的需求不斷增長。隨著MEC服務器性能的提升，存儲模塊也需要具備更大的容量和更高的帶寬。

在此背景下，Kioxia在該項目中專注于提升基于閃存的存儲模塊的容量和帶寬。公司已成功研發出容量為5 TB、帶寬為64 GB/s的存儲模塊原型，并驗證了其可操作性。

2. 項目成果

2.1 采用菊花鏈連接

為實現兼具大容量與高帶寬的存儲模塊，Kioxia采用了菊花鏈連接方式，每個存儲板都連接著一串控制器，而非采用總線連接。因此，即使增加閃存數量，帶寬也不會下降，且能實現超越傳統限制的大容量。

2.2 128 Gbps PAM41高速低功耗收發器

存儲控制器之間的菊花鏈連接采用高速差分串行信號傳輸(而非并行信號傳輸)以減少連接數量，并利用PAM4(四電平脈沖幅度調制)技術，以在低功耗下實現128 Gbps的更高帶寬。

2.3 提升閃存性能的技術

為縮短存儲模塊中閃存的讀取延遲，Kioxia研發了閃存預取技術——通過在順序訪問時預取數據來最大限度減少延遲，并將該技術應用于控制器。此外，通過在存儲控制器與閃存的接口中應用低幅度信號和失真校正/抑制技術，存儲帶寬已被提升至4.0 Gbps。

2.4 存儲控制器與存儲模塊原型研發

通過應用128 Gbps PAM4高速低功耗收發器以及提升閃存性能的技術，Kioxia研發出存儲控制器和存儲模塊原型，其與服務器的主機接口采用PCIe? 6.0(64 Gbps，8通道)。該原型存儲模塊表明，在功耗低于40瓦的情況下，可實現5TB的容量和64GB/s的帶寬。

3. 未來計劃

除了物聯網、大數據分析和邊緣端高級AI處理，Kioxia還將依托生成式AI等新市場趨勢，推動該研究成果的早日商業化和實際應用。

1 PAM4(四電平脈沖幅度調制)：一種使用四個電壓電平表示兩位數據的數據傳輸技術。

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