Kioxia成功研发5TB大容量、64GB/s高带宽闪存模块原型

全球存储解决方案领域的领军企业Kioxia Corporation成功研发出一款大容量、高带宽闪存模块原型，该模块对于大规模人工智能(AI)模型而言至关重要。这一成果是在日本国家研发机构——日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)委托的“后5G信息和通信系统基础设施增强研发项目(JPNP20017)”框架内取得的。这款存储模块具备5太字节(TB)的大容量和64吉字节每秒(GB/s)的高带宽。

闪存模块及用例

为解决传统DRAM存储模块面临的容量与带宽难以兼顾的问题，Kioxia开发了一种新的模块配置，采用闪存颗粒的菊花链连接方式。我们还研发了支持128吉比特每秒(Gbps)带宽的高速收发器技术，以及提升闪存性能的相关技术。这些创新已被有效应用于存储控制器和存储模块。

该存储模块的实际应用有望加速数字化转型，推动物联网(IoT)、大数据分析和高级AI处理在后5G/6G移动边缘计算(MEC)服务器等场景中的应用。

1. 研发背景
在后5G/6G时代，无线网络有望实现更高速度、更低延迟，并能同时连接更多设备。然而，将数据传输到远程云服务器进行处理会增加包括有线网络在内的整个网络的延迟，给实时应用带来困难。因此，需要广泛采用能在更贴近用户的位置处理数据的MEC服务器，这有望推动多个行业的数字化转型。此外，近年来，对生成式AI等高级AI应用的需求不断增长。随着MEC服务器性能的提升，存储模块也需要具备更大的容量和更高的带宽。

在此背景下，Kioxia在该项目中专注于提升基于闪存的存储模块的容量和带宽。公司已成功研发出容量为5 TB、带宽为64 GB/s的存储模块原型，并验证了其可操作性。

2. 项目成果
2.1 采用菊花链连接
为实现兼具大容量与高带宽的存储模块，Kioxia采用了菊花链连接方式，每个存储板都连接着一串控制器，而非采用总线连接。因此，即使增加闪存数量，带宽也不会下降，且能实现超越传统限制的大容量。

2.2 128 Gbps PAM41高速低功耗收发器
存储控制器之间的菊花链连接采用高速差分串行信号传输（而非并行信号传输）以减少连接数量，并利用PAM4（四电平脉冲幅度调制）技术，以在低功耗下实现128 Gbps的更高带宽。

2.3 提升闪存性能的技术
为缩短存储模块中闪存的读取延迟，Kioxia研发了闪存预取技术——通过在顺序访问时预取数据来最大限度减少延迟，并将该技术应用于控制器。此外，通过在存储控制器与闪存的接口中应用低幅度信号和失真校正/抑制技术，存储带宽已被提升至4.0 Gbps。

2.4 存储控制器与存储模块原型研发
通过应用128 Gbps PAM4高速低功耗收发器以及提升闪存性能的技术，Kioxia研发出存储控制器和存储模块原型，其与服务器的主机接口采用PCIe® 6.0（64 Gbps，8通道）。该原型存储模块表明，在功耗低于40瓦的情况下，可实现5TB的容量和64GB/s的带宽。

3. 未来计划
除了物联网、大数据分析和边缘端高级AI处理，Kioxia还将依托生成式AI等新市场趋势，推动该研究成果的早日商业化和实际应用。

1 PAM4（四电平脉冲幅度调制）：一种使用四个电压电平表示两位数据的数据传输技术。

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