PCI Express 6.0 (PCIe 6.0) - Samsung: In-memory (MRAM)

Η κοινοπραξία PCI Special Interest Group κυκλοφόρησε τις οριστικές προδιαγραφές για το PCI Express 6.0 (PCIe 6.0), θέτοντας τις βάσεις για την επόμενη γενιά SSDs. Η έκδοση διπλασιάζει τις ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων από 32 gigatransfers ανά δευτερόλεπτο (GT/s), πού προσφέρει το PCIe 5.0, σε 64GT/s σε PCIe 6.0 και έως 8 GB/sec σε κάθε κατεύθυνση ή 256 GB/s σε διαμόρφωσηx16. Η αλλαγή είναι η μεγαλύτερη μέχρι τώρα στην ιστορία του προτύπου, που όχι μόνο επιτρέπει μεγαλύτερες ταχύτητες, αλλά επιτυγχάνει και χαμηλή καθυστέρηση (latency). Το νέο πρότυπο είναι ένα σημαντικό επίτευγμα για την PCI Special Interest Group, η οποία πέτυχε τον στόχο της να διπλασιάζει τις ταχύτητες PCI Express κάθε τρία χρόνια από την έναρξη της κοινοπραξίας το 2003. Σε αυτήν την περίπτωση, το έκανε χρησιμοποιώντας μια εντελώς διαφορετική τεχνολογία που ονομάζεται PAM4 (Pulse Amplitude Modulation με 4 επίπεδα).

Το PCIe 6.0 θα είναι συμβατό με το υπάρχον hardware, επομένως τα components που χρησιμοποιούν PCIe 5.0 ή παλαιότερη έκδοση θα λειτουργούν όταν συνδέονται σε έναν host PCIe 6.0 και αντίστροφα. Το νέο πρότυπο επαρκεί για να αντιμετωπίσει τις αυξημένες απαιτήσεις μεταφορών δεδομένων υψηλού εύρους ζώνης και low-latency. Οι επιχειρήσεις έχουν μεγαλύτερη ανάγκη και τους προϋπολογισμούς που απαιτούνται για να υιοθετήσουν νωρίς το PCIe 6.0, αλλά τελικά, το πρότυπο θα βρει τον δρόμο του σε καταναλωτικά προϊόντα, όπως κάρτες γραφικών και SSDs. Η κοινοπραξία αναμένει ότι θα δούμε τα πρώτα προϊόντα να φτάνουν σε εταιρικούς πελατες τους επόμενους 12 έως 18 μήνες.

Σημειώνεται ότι μόλις πριν από λίγες εβδομάδες, στην έκθεση τεχνολογίας "CES 2022", η Samsung και η Adata παρουσίασαν τους πρώτους SSD PCI 5.0 που απευθύνονται σε εταιρικούς πελάτες. Να σημειωθεί επίσης ότι ενώ τα desktop chips 12ης γενιάς της Intel υποστηρίζουν PCIe 5.0, οι νέοι mobile επεξεργαστές περιορίζονται στο PCIe Gen 4, μια απόφαση που η Intel είπε ότι ελήφθη για να διατηρήσει το κόστος χαμηλό και επειδή δεν υπήρχαν διαθέσιμες κάρτες PCIe Gen 5. Άρα η ευρύτερη διαθεσιμότητα και κυκλοφοριά του νέου προτύπου για τους πολλούς αργεί ακόμη.

PCI Express 6.0 Specification: https://pcisig.com/pci-express-6.0-specification

Η Samsung παρουσίασε το πρώτο τσιπ στον κόσμο που ενσωματώνει τις τεχνολογίες In-memory υπολογιστικού συστήματος (IMC) και MRAM (Μαγνητορηκτική Μνήμη Τυχαίας Πρόσβασης). Στην τυπική αρχιτεκτονική του υπολογιστή, τα δεδομένα αποθηκεύονται σε ένα τσιπ μνήμης, ενώ ο υπολογισμός των δεδομένων εκτελείται σε ένα ξεχωριστό τσιπ επεξεργαστή. Αντιθέτως, το In-memory computing αποτελεί ένα νέο υπολογιστικό πρότυπο που αποσκοπεί στην εκτέλεση αποθήκευσης δεδομένων και υπολογισμού δεδομένων σε ένα δίκτυο μνήμης. Αυτό το υπολογιστικό πρότυπο, μπορεί να επεξεργαστεί μεγάλο όγκο δεδομένων που είναι αποθηκευμένα μέσα στο ίδιο το δίκτυο μνήμης χωρίς αυτά να χρειάζεται να μετακινηθούν και, καθώς η επεξεργασία δεδομένων στο δίκτυο μνήμης εκτελείται παράλληλα, η κατανάλωση ενέργειας να μειώνεται σημαντικά.

Για την νέα In-Memory έχουν μέχρι σήμερα χρησιμοποιηθεί μη-πτητικές μνήμες, όπως η RRAM (Resistive Random Access Memory) και η PRAM (Phase-change Random Access Memory). Η χρήση της MRAM δεν είχε καταστεί δυνατή παρά τα πλεονεκτήματα που διαθέτει, όπως η ταχύτητα λειτουργίας, η αντοχή και η παραγωγή σε μεγάλη κλίμακα. Η δυσκολία χρήσης οφείλεται στη χαμηλή αντίσταση της μνήμης MRAM, λόγω της οποίας, όταν χρησιμοποιείται στην in-memory τυπική αρχιτεκτονική, δεν μπορεί να ωφελήσει με το πλεονέκτημα μείωσης ισχύος που διαθέτει. Οι ερευνητές της Samsung Electronics κατάφεραν να αναπτύξουν ένα τσιπ MRAM που ενσωματώνει την τεχνολογία In-memory computing με μια νέα υπολογιστική αρχιτεκτονική μνήμη «αντίστασης», η οποία αντιμετωπίζει το πρόβλημα των μικρών αντιστάσεων μεμονωμένων συσκευών MRAM. Στη συνέχεια, η ερευνητική ομάδα δοκίμασε την απόδοση της νέας συσκευής MRAM, με την εκτέλεση λειτουργιών ΑΙ (τεχνητής νοημοσύνης). Το νέο τσιπ απέδωσε με ακρίβεια 98% στην ταξινόμηση των χειρόγραφων ψηφίων και ακρίβεια 93% στην ανίχνευση προσώπων από σκηνές.

Η επιστημονική εργασία με τίτλο «A crossbar array of magnetorestive memory devices for in-memory computing», δημοσιεύτηκε διαδικτυακά από το επιστημονικό περιοδικό Nature στις 12 Ιανουαρίου και πρόκειται να συμπεριληφθεί στην επερχόμενη έντυπη έκδοσή του. Η έρευνα διεξήχθη από το Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) σε συνεργασία με το Samsung Electronics Foundry Business and Semiconductor R&D Center. Ο Dr. Seungchul Jung, Ερευνητή στο SAIT, είναι ο κύριος συγγραφέας μαζί με τους Dr. Donhee Ham, Μέλος του SAIT και Καθηγητή του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ και Dr. Sang Joon Kim, Αντιπρόεδρο Τεχνολογίας στο SAIT.

ΣΧΕΤΙΚΟ: "Strange" metal behavior in a material in which electrical charge is carried not by electrons, but by more "wave-like" entities called Cooper pairs