Byle szybciej

Superszybkie nośniki SSD, które wizualnie przypominają płyty winylowe, mogą wkrótce stać się powodem odchodzenia od zwykłych dysków twardych w komputerach. Poprawa działania sprzętów w wyniku zastosowania nośników z wafli krzemowych może skłonić nawet do zaprzestania produkcji standardowych dysków twardych.

Przygotowaniem takiego SSD zajęła się m.in. Kioxia. Koncepcję nośnika opracowała wcześniej firma Cerebras, która oferuje superkomputery CS-1 z układem scalonym wielkości krzemowego wafla (Wafer Scale Engine). Kioxia przygotuje gigantyczny układ krzemowy nie po to, by – jak w przypadku Cerebras – zwiększyć moce obliczeniowe superkomputera, ale by gromadzić na nim dane użytkownika.

Kioxia działa

Specjaliści z koncernu Kioxia poinformowali, że będą pracować nad nośnikiem SSD o konstrukcji wafla krzemowego. Układy w stylu wafer-level, czyli zbudowane z całych płatów krzemowych, bez ich krojenia, mają przyspieszyć produkcję półprzewodników przy jednoczesnym obniżeniu jej kosztów.

W trakcie wytwarzania takich dysków SSD proces wycinania kształtów z wafli krzemowych będzie, według Kioxii, w całości pominięty, tak samo jak pakowanie ich do form. To wyeliminuje czas poświęcany na lutowanie układów na płytkach. Superszybkie SSD powstanie więc jako element na kształt płyty winylowej w pierwotnej formie wafla krzemowego.

Wafel ma być obsługiwany za pomocą, jak to określił Shigeo Oshima, główny inżynier Kioxii, „wielosondującej supertechnologii", która również opracowana zostanie przez firmę. Dzięki temu sprzęt będzie wykrywany przez komputer.

Dodatkowe korzyści z takiego procesu to, według specjalistów z Kioxii, brak strat w mocy przerobowej, dotychczas poświęcanej na transmisję danych między układami scalonymi i dyskami rozlokowanymi w serwerach. To prawdopodobnie wyeliminuje opóźnienia działania związane z przesyłem danych. Przy pojemnościach rozpoczynających się od ok. 50 TB przy użyciu obecnego 3D QLC NAND takie urządzenia mogą zapewniać niezrównaną wydajność.

Półprzewodnikowe pamięci masowe oparte na waflach 3D NAND o średnicy 300 mm wyglądałyby więc jak standardowy serwer stelażowy z własnym zasilaczem, systemem chłodzenia i innymi komponentami, takimi jak interfejsy sieciowe. Z punktu widzenia gęstości pamięci taki serwer nie będzie mistrzem (dziś można już spakować 100 TB w 3,5-calowym formacie), ale jeśli wziąć pod uwagę wyjątkową wydajność przy stosunkowo niskiej cenie, takie urządzenie zaczyna mieć sens.

Nowe dokonania

Obecna pojemność dysków SSD jest ograniczona przez kształt i technologię pakowania chipów, natomiast granice wydajności są określane przez kontrolery (tj. liczbę ich kanałów NAND, a także ich zdolność do szybkiego wykonywania ECC i innych niezbędnych operacji w szybkim tempie) oraz interfejs PCI Express. Kioxia podkreśla, że na poziomie wafla krzemowego można uzyskać ogromną liczbę kanałów NAND, podczas gdy interfejs PCIe 6.0 x16 zapewnia przepustowość do 128 GB/s. Jeśli zaś chodzi o operacje wejścia-wyjścia na sekundę (IOPS) – cała koncepcja zakłada wielokanałowe monstrualne dyski SSD, należy więc brać pod uwagę miliony IOPS.

Shigeo Oshima z Kioxii zaprezentował koncepcję dysków SSD na poziomie płytek w prezentacji na VLSI Symposium 2020.

fot. Kioxia, YouTube