[Memory Tech Day 2023] 存储器是世界的未来

从大局来看，您可能不会认为一个微小的存储设备在全球格局中如此重要。然而，事实证明，目前全球的数据中心正在上演一场快速变革，而存储器正是这场变革的核心。去年在圣何塞举办的三星存储器技术日活动上，我们对该主题及其他主题进行了详细说明。以下是第6单元内容的概述，演讲题目是 《系统等级合作与新机遇》。 演讲者表示，动态随机存储器和闪存的惊人进步使得正处于全球商务中心的数据中心将可能可以运行动态云。PCIe 6.0在PCIe 5.0的基础上进行了改进，通过设计和IP供应商之间的合作，为新项目注入了活力。 同时，这当中隐藏着一个许多人都不想提及的问题，但这一问题却是无可避免：如何在缓解能源消耗和自然资源耗竭的情况下提高云容量和功能？事实上，精心设计的智能化技术可以扭转一个多世纪以来碳排放量不断上升的趋势。 全世界都对这个小小的存储器寄予厚望。让我们来看看这些期望以及三星在其中扮演的角色。 在未来世界中，用这些存储器建造数据中心的企业将做出以下几点：

• • 通过支持合作伙伴的合作超级网络来设计服务器，该合作伙伴专门负责快速实现更精巧的平台。
  • 在专门的实验室进行设计和理论测试，这些实验室可在无风险、无成本负担的情况下实现技术飞跃。

一旦开始运行，数据中心将展开以下工作。

• • 在海洋深处进行免费制冷，从而在大负载状态下比以往任何时候都更快地运行存储器。
  • 追求极致性能、更大容量、更低功耗。
  • 在服务器全生命周期中，将大量的设备回收再利用。

用户通过“云”访问这些数据中心：

• • 从小型初创企业到大型跨国公司都希望得到量身定制的服务，以满足其特定需求。
  • 可以选择私有云或公共云后运行，在规模、成本、安全性和易扩展性之间保持平衡。

作为这些设备技术的领先企业，三星深刻认识到自己的责任，即未来的技术规划与环境管理，应与存储器技术自然地结合在一起，让世界变得更加美好。 第一节 领导云平台团队的Hyung-Jin Kim，第一个上台发表演讲，阐述了公共云和私有云的优点，以及三星为何选择三星云。而且，云业务不断增长，在过去10年间的平均每年增长率约为20%。 公共云 各种公共云越来越受欢迎的原因如下：

• • 现收现付模式广泛用于服务器上，可随时实例化适当数量的虚拟中央处理器，以处理动态变化的工作负载。
  • 用于运行公共云数据中心的硬件采用标准化但模块化的设计（主机处理器、储存和存储器采用开放计算项目的原则），可以满足不同需求，因此具有相当高的成本效益。
  • 当共享资源大规模扩展时，总拥有成本就会降低。
  • 通过采用更高效的能源方法和只有在大规模应用时才切实可行的先进冷却概念，可提升可持续的资源配置，从而实现可控的碳足迹和更环保的信息技术。
  • 有据可查的机制和广为人知的应用程序接口，使在云中启动新项目变得更加容易。

然而，一切并非如此理想。虚拟中央处理器通过使用虚拟机器监视器来运行和管理。对于编译代码等计算密集型但波动较大的任务，管理程序将根据最大需求进行配置；在这种情况下，200%的超额配置率并不少见。因此，与专用的裸机资源相比，虚拟化方法可能会相对昂贵。 三星内部云 三星选择开发内部云也有充分理由的。

• • 安全：有价值的技术只有在私有云中，才能确保安全
  • 优化关键业务：每个生产步骤都需要进行本地信息技术优化（生产团队和IT团队之间的紧密沟通），这在企业内部环境中更易于控制。
  • 规模：三星需要优质的云计算能力和巨大的存储空间，这就可以简单地证明自己拥有私有云的合理性。
  • 创新：拥有自己的私有云使三星能够试验和研发领先技术，为参考架构、假设用例和加速开发提供产品试验台。

第二节 在会议第二节中，三星电子公司知识产权开发部门主管Myoung-bo Kwak，以存储器知识产权和电子设计自动化为主题发表了演讲，强调了为满足当前和未来技术需求而开展合作的重要性。 PCIe 5.0 三星的PM1743在固态硬盘中速度最快，电路板设计是可解决以下问题的关键要素。

• • 高速运行导致的信道系统性能障碍；
  • 插入损耗、反射损耗和串扰；
  • 输入输出余量故障和系统功能问题

为满足这些需求，三星通过以下方式支持客户的电路板设计。

• • 信道分析
    -时域反射技术（阻抗、反射）
    -全信道插入、回波损耗和串扰
  • 信道优化
    -通过设计实现差异化
    -不连续最小化
  • OMT预测
    -输入输出余量模拟
    -模拟与测试之间的相关性

三星还因最终成品级别动态随机存储器电源完整性分析的需求增加、高速低功耗的需求、动态随机存储器电流增加的趋势以及电源分配网络设计的难度，支持早期电源完整性优化。该流程的工作原理如下：

• • 最终成品制造商提供系统信息
    -系统印刷电路板设计、电容器和电源芯片型号
  • 三星支持最终成品级别分析
    -直流电IR压降和电源网络阻抗
    -电源网络设计优化
    -电源噪声等级预测

其结果是通过IR压降的改进，最终成品级别系统的电源完整性平均提升了25%。 PCle 6.0 存储接口正在从嵌入式多媒体卡（embedded Multimedia Card）的并行数字接口转向通用闪存存储（UFS，Universal Flash Storage）的LVDS接口，这是5G应用程序和汽车应用程序的必备技术。由于插入损耗，移动应用程序需要PAM4信号。

• • 使用PCIe 6.0，信号接口从NRZ二级信号移动到千兆以太网中使用的PAM4四级信号，因此，要继续检查数据是否正常运行需要采用不同的电路板设计方法。
  • 时钟和数据恢复电路逻辑集中在限制接口速度的时钟恢复循环的延迟时间，因此在PCIe 6.0中更多地采用数字方式进行操作。

三星正在推动PCIe 6.0知识产权早期联合验证。利用合作伙伴的测试芯片对协议级别进行早期测试，可提高产品上市时间优势。 三星与其合作伙伴通过单一画布倡议的2.5D/3DIC设计平台合作，为客户提供经过预先验证的工作流程。

• • 原生3D流程
  • 系统规划
  • 分析（信号完整性/电源完整性/导热/IR压降）

此外，三星还与电子设计自动化（EDA）合作伙伴合作，致力于与客户共同打造开放式平台的价值链。我们称之为三个方向开放式创新。三星采用设计标准开发了该开放平台，其标准结合了最先进的工具、设计流程和设计方法。 发言结束时，Synopsys的Mike McSweeney概述了Synopsis如何进行存储器知识产权早期验证合作。 第三节 在[存储器技术日]的第三节，三星电子存储器产品策划团队项目经理Yvette Lee博士介绍了SMRC（三星存储器研究中心）。简而言之，三星存储器研究中心是一个合作平台，客户和合作伙伴可以使用小型数据中心设施来测试和验证各种想法。三星存储器研究中心为组件、系统、软件和应用程序专家提供拥有一个24台服务器机架容量的实验室，运行一个400GB的内部服务网络以进行测试和验证。 在这样一个可以试用先进技术的“实验室”，我们能实现什么呢？

• • 存储器语义固态硬盘：采用计算快速链接，而不是通过标准块设备进行处理
  • 智能固态硬盘：搭载降低中央处理器利用率和数据传输瓶颈现象的处理技术
  • FDP SSC（基于四层存储单元的固态硬盘）：使用高速非易失性内存（NVMe）分区命名空间（ZNS）来暴露分区块存储接口，该接口存在于主机和完美地将数据对齐到介质的固态硬盘之间
  • 超高密度存储：提高机架空间效率的PB级存储解决方案
  • 运行三星遥测术分析平台的存储设备：用于设备状况检查和设备故障预测

在实验室可以比较不同平台下的设备性能，如Redhat的Openstack（IaaS）和Openshift（PaaS）、VMWare的vCenter和Tanzu以及Bare Metal；操作系统可以是CentOS、Ubuntu、RHEL或其他操作系统。 添加您喜欢的数据库进行分析：OracleDB、MariaDB、MongoDB、高性能计算和人工智能/机器学习/大数据应用程序中常用的DB、MYSQL以及PostgreSQL。

然后，您可以混合搭配当前或即将推出的存储器和存储技术：

• • CMM-D（用于动态随机存储器的计算快速链接存储器模块）
  • CMM-H/HC（混合/混合计算）
  • FDP（灵活的数据存放）
  • CSD（计算存储设备）
  • NPU（嵌入式神经网络处理器）
  • DPU（数据处理器）

在该演讲的下半场，圣何塞三星存储器研究中心实验室的Isaac Choi介绍了4项合作成果，以展示三星存储器研究中心设施的潜力。 使用CSD的大语言模型（LLM）训练

第四节 在第4节，演讲者常务理事Jang-Seok Cho和常务理事Sam-Jong Choi分享了三星对未来碳中和世界的愿景和“循环经济”，后者不仅可以回收利用产品，还可以“升级再造”，以更好地利用其内在价值。该愿景聚焦于三星为减少自身碳排放量以及客户碳排放量而制定的流程和程序，围绕全球正在进行的环境、社会和ESG（公司治理）倡议展开。 在发言的上半场，三星电子新业务策划团队常务理事Jang-Seok Choi概述了动态随机存储器和固态硬盘产品的再认证，这是实现碳中和的另一种手段。接下来，三星电子材料技术团队负责人Sam-Jong Choi博士从材料角度概述了公司治理，并介绍了三星的具体案例：

• • 转向具有显著降低全球变暖潜能值（GWP）的新型工业燃气
  • 全新的光刻胶减量（RRC）工艺技术，可大幅减少光刻胶的使用量，同时实现相同的高质量效果
  • 全新的燃气回收技术，可在设备和供应装置中捕获并再利用燃气
  • 晶圆运输容器的再利用

总之，该演讲通过介绍三星目前进行的卓越存储器研究和规划，展示了其具有创造更美好未来的潜力。