A história da tecnologia de memória é marcada por promessas não cumpridas e fracassos. Contudo, Pat Gelsinger, ex-CEO da Intel, acredita que a Z2RAM, uma nova tecnologia de memória desenvolvida por pesquisadores da Georgia Tech, pode ser a exceção.

Gelsinger, agora parceiro da Playground Global, uma das investidoras da Nagare Labs, destacou a estagnação da inovação em memória nas últimas três décadas, com SRAM, DRAM e Flash como as únicas opções amplamente disponíveis. A Z2RAM surge com a ambição de mudar esse cenário, oferecendo uma memória quase tão rápida quanto a SRAM, com densidade similar à DRAM e um processo de fabricação mais simples que tecnologias como HBM (High Bandwidth Memory) ou LPDDR (Low Power Double Data Rate).

"Essencialmente, combinamos as melhores características de DRAM, SRAM e flash em um novo dispositivo que é denso como DRAM, rápido como SRAM e escalável como flash", afirmou Gelsinger. Ele ressalta que, embora a HBM ofereça a melhor combinação de densidade e performance atualmente, a Z2RAM promete superar essas métricas, com melhorias em densidade, velocidade e consumo de energia. Essa visão motivou o investimento da Playground Global no desenvolvimento da Nagare.

O Mecanismo da Z2RAM

Fundada pelos professores Sumem Datta e Shimeng Yu da Georgia Institute of Technology, a Nagare Labs baseia sua tecnologia em semicondutores de óxido, com o objetivo de integrá-la diretamente na lógica de computação através de tecnologias de 3D hybrid bonding. O conceito é similar ao 3D V-Cache da AMD, que empilha SRAM para aumentar a capacidade do cache L3 em processadores. No entanto, a Z2RAM almeja uma densidade de bits superior, prometendo cerca de 320 MB de capacidade em um espaço que atualmente comportaria apenas 64 MB de SRAM, com largura de banda comparável.

Embora essa capacidade possa parecer modesta em comparação com aceleradores de IA que utilizam HBM com centenas de gigabytes, a Z2RAM representa um salto significativo em relação a aceleradores baseados em SRAM pura, como os LPUs da Groq. Estes últimos utilizam cerca de 500 MB de SRAM por chip, exigindo milhares de unidades para processar modelos de linguagem grandes (LLMs) em escala. A Z2RAM poderia reduzir o número de chips necessários em até cinco vezes.

"Com a explosão da demanda por IA, vimos uma demanda extraordinária por memória, pois IA é uma carga de trabalho limitada por memória. Com esse cenário, há um interesse extraordinário e agora capital disponível para um avanço que resolva os desafios de largura de banda e capacidade que a IA está criando", explicou Gelsinger.

Inovação sem Capacitores e Empilhamento Vertical

A Nagare inova ao utilizar células de memória baseadas em transistores em vez de capacitores, o que lhe confere características únicas. "Em termos de velocidade, vai rivalizar com a SRAM, mas em termos de funcionalidade, é mais como uma DRAM devido ao mecanismo de armazenamento", disse Datta. Diferentemente da DRAM tradicional (um transistor, um capacitor), a Z2RAM utiliza dois transistores, onde a capacitância do portão do segundo transistor armazena a carga. Essa arquitetura permite uma leitura não destrutiva, resultando em menor latência, pois evita a necessidade de reescrever a célula após a leitura, um processo que drena o capacitor na DRAM.

Além disso, a Nagare planeja empilhar essas células verticalmente, de forma análoga à construção de camadas na memória NAND. Essa abordagem, segundo Datta, tem o potencial de tornar a Z2RAM significativamente mais barata e fácil de fabricar em comparação com tecnologias de empacotamento avançado como HBM.

Desafios e o Caminho à Frente

Com um financiamento inicial de US$ 5 milhões, a Nagare Labs está em uma fase inicial de desenvolvimento, com protótipos de laboratório. O próximo passo é encontrar um parceiro para fabricação em escala, com o objetivo de amostrar os primeiros chips Z2RAM em quatro anos e iniciar a produção em massa em uma década. A empresa também está aberta a colaborações diretas com fabricantes de chips para integrar a Z2RAM em seus designs.

Os desafios, no entanto, são consideráveis. A falta de um padrão industrial para integrar essa nova memória com aceleradores é uma barreira, assim como a necessidade de desenvolver uma interface própria, caso um padrão aberto não surja. Questões de validação também são críticas, pois semicondutores de óxido, embora robustos termicamente e contra radiação, podem ser suscetíveis a falhas causadas por variações mínimas na voltagem de limiar dos transistores. A Nagare está focando em maximizar a confiabilidade das células Z2RAM.

"Houve tantas startups de memória que não tiveram sucesso", admitiu Datta. "Você pode ter a tecnologia de memória mais incrível, mas nunca consegue penetrar no sistema devido aos padrões rigorosos." Contudo, ele acredita que o cenário atual, impulsionado pela demanda de IA e pela emergência de novos protocolos, abriu uma janela de oportunidade para inovações audaciosas em memória.

Com reportagem de Brazil Valley

Source · The Register