ادعای AMD درباره افزایش ۱۷ برابری بهره‌وری انرژی حافظه سه‌بعدی DRAM

شرکت AMD اعلام کرده است که حافظه سه‌بعدی DRAM مبتنی بر اتصال هیبریدی می‌تواند تا ۱۷ برابر بهره‌وری انرژی بیشتری نسبت به یک پشته HBM متداول مبتنی بر میکروبامپ داشته باشد.

به‌ گزارش سرویس سخت‌افزار تک‌ناک، البته این شرکت برای طرح چنین ادعای جسورانه‌ای بی‌اعتبار نیست؛ AMD پیش‌تر فناوری 3D V-Cache را در پردازنده‌های خود به کار گرفته است. در این فناوری، حافظه کش اضافی به‌ صورت عمودی روی پردازنده انباشته می‌شود و با افزایش چشمگیر ظرفیت کش در مجاورت هسته‌های پردازشی، عملکرد گیمینگ و محاسباتی را بهبود می‌دهد؛ رویکردی که در مقابل طراحی‌های سنتی قرار می‌گیرد که در آن لایه‌های کش در سطح جانبی و روی همان قطعه سیلیکونی هسته‌های پردازشی قرار دارند.

بیشتر بخوانید: موج جدید گرانی در بازار موبایل؛ افزایش قیمت پردازنده‌های کوالکام قطعی شد

معماری حافظه سه‌بعدی DRAM

با وجود این، تعمیم فناوری انباشت سه‌بعدی به حافظه DRAM مجموعه‌ منحصربه‌فردی از چالش‌های فنی را به همراه دارد. برای درک بهتر موضوع، ابتدا باید تفاوت معماری این فناوری‌ها را مرور کنیم. در حافظه HBM، چندین تراشه DRAM به‌ صورت عمودی روی یکدیگر انباشته می‌شوند و مسیرهای ارتباطی عبوری از سیلیکون یا TSV وظیفه انتقال داده میان لایه‌های مختلف را بر عهده دارند. این پشته در ادامه در کنار یک XPU قرار می‌گیرد و PHY تعبیه‌شده در پایین‌ترین لایه پایه HBM، ارتباط داده‌ای میان حافظه و XPU را مدیریت می‌کند. در معماری حافظه سه‌بعدی DRAM، تراشه‌های DRAM به‌ صورت عمودی روی XPU قرار می‌گیرند و به این ترتیب، گلوگاه ناشی از PHY حذف می‌شود. همچنین اتصال میان لایه‌های حافظه و XPU از طریق فناوری اتصال هیبریدی انجام می‌گیرد.

برای مطالعه بیشتر: پردازنده اختصاصی و نایاب AMD بالاخره وارد فروشگاه‌ها شد

در HBMهای متداول، میکروبامپ‌ها گوی‌های بسیار ریز لحیم هستند که معمولا از آلیاژهای قلع و نقره ساخته می‌شوند و برای اتصال لایه‌های DRAM به یکدیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند. از آنجا که اتصال این لحیم‌ها به فرایند ذوب نیاز دارد، میان لایه‌های سیلیکونی فاصله فیزیکی ایجاد می‌شود. سپس این شکاف‌ها با چسب پلاستیکی مایع موسوم به underfill پر می‌شوند. وجود این ماده مقاومت الکتریکی انگلی ایجاد می‌کند، حداقل فاصله میان اتصالات را افزایش می‌دهد و در عین حال به محبوس شدن گرما در ساختار کمک می‌کند.

فناوری اتصال هیبریدی این محدودیت را با حذف کامل میکروبامپ‌ها برطرف می‌کند. در این روش، سطح ویفرهای سیلیکونی تا حد صافی اتمی، پولیش می‌شود و پدهای اتصال مسی درون یک لایه بسیار نازک از ماده دی‌الکتریک عایق، معمولا اکسید سیلیکون یا نیترید کربن، به‌ صورت هم‌سطح قرار می‌گیرند. زمانی که دو سطح دی‌الکتریک در دمای اتاق با یکدیگر تماس پیدا می‌کنند، در سطح مولکولی به هم می‌چسبند. سپس عملیات حرارتی باعث انبساط اتم‌های مس و برقراری اتصال مستقیم میان آنها می‌شود؛ فرایندی که به اتصال Cu-Cu یا اتصال مس به مس معروف است.

برای مطالعه بیشتر: رکوردشکنی تراشه اختصاصی Xring O3 با ۱۰ هسته پردازشی

مشکلات و چالش‌ها

با وجود این، معماری حافظه سه‌بعدی DRAM با موانع جدی مواجه است. افزایش دما در مرحله عملیات حرارتی اتصال هیبریدی می‌تواند قابلیت نوسازی DRAM را کاهش دهد، چرا که با افزایش دما، توانایی سلول‌های DRAM برای حفظ بار الکتریکی افت می‌کند. از سوی دیگر، اتصال هیبریدی به صافی سطحی در مقیاس اتمی نیاز دارد و حتی وجود یک ذره خارجی با ابعاد چند نانومتر می‌تواند فرایند اتصال مس به مس را مختل یا کاملا خراب کند. با وجود این موانع، حل مشکل تحمل حرارتی (که شرکت d-Matrix با قرار دادن لایه‌های حافظه در زیر XPU در حال بررسی آن است) در کنار ایجاد اتاق‌های تمیز با استانداردهای فوق‌العاده سخت‌گیرانه، می‌تواند مسیر تحقق فناوری حافظه سه‌بعدی DRAM را هموار کند. در صورت رفع این چالش‌ها، این فناوری می‌تواند سریع به مرحله تجاری‌سازی برسد و آنچه AMD از آن به‌ عنوان یک تحول ایدئال در معماری حافظه یاد می‌کند، محقق شود.

نوشته ادعای AMD درباره افزایش ۱۷ برابری بهره‌وری انرژی حافظه سه‌بعدی DRAM اولین بار در Technoc. پدیدار شد.

برای ارزیابی پایداری، امنیت و نگهداری این زیرساخت، راهنمای پشتیبانی شبکه را نیز مطالعه کنید.