Стартап из тени считает, что только что победил дефицит памяти

Kepler Computing из Сан-Хосе основала в 2018 году команда физиков и специалистов по информатике. Более семи лет компания в закрытом режиме пыталась изменить архитектуру компьютерной памяти, а теперь считает, что её подход поможет смягчить глобальный дефицит чипов памяти — если технологию удастся выпускать в больших объёмах.

Компания заявляет, что разработала новую архитектуру памяти с высокой пропускной способностью — HBM. Она должна устранить часть ограничений поставок, которые сдерживают рынок вычислительной техники.

Производители чипов обычно используют дорогую литографию в крайнем ультрафиолете, EUV, чтобы уменьшать транзисторы и размещать больше технологий на той же площади. Kepler утверждает, что её 3D-сборка и запатентованный материал позволяют повышать плотность без EUV. При этом технология совместима с уже существующими предприятиями по производству полупроводников.

Компания говорит, что добилась сопоставимого прогресса с быстрой кэш-памятью, которую используют процессоры, графические процессоры и XPU. Такая память называется SRAM и размещается внутри кристалла, чтобы сократить время передачи данных. HBM устроена иначе: она использует стеки DRAM — отдельного компонента чипов.

За последние несколько лет Kepler привлекла $468 млн от крупных инвесторов:

В июле Министерство торговли США обязалось выделить Kepler до $245 млн на разработку в США нового класса высокопроизводительной памяти для ИИ на основе инноваций в области 3D-технологий и сегнетоэлектриков.

Пока значительная часть испытаний проходит в Сингапуре, где у GlobalFoundries есть предприятие. GlobalFoundries одновременно выступает производственным партнёром Kepler и инвестировала в компанию $50 млн. За последние два года Kepler создавала так называемые мини-фабрики и выпускала там чипы памяти вместе с 28-нанометровыми чипами GlobalFoundries. Испытания также идут на предприятиях GlobalFoundries в Берлингтоне, штат Вермонт.

Источник: wired.com

Kepler и её инвесторы считают, что новый подход появился в подходящий момент. Дефицит памяти подтвердил два обстоятельства: строительство новых фабрик требует огромных затрат и занимает много времени, а спрос на отдельные виды памяти меняется циклично. В мире дата-центров и растущего спроса на ИИ HBM стала особенно востребованным типом памяти.

Производители памяти SK Hynix и Micron спешно строят фабрики стоимостью в несколько миллиардов долларов, чтобы удовлетворить спрос. Они рассчитывают, что даже после запуска этих предприятий рынку всё ещё будет нужна память с высокой пропускной способностью.

По словам сооснователя и генерального директора Kepler Computing Дебо Олаосебикана, изначально компания собиралась сначала заняться SRAM, а затем перейти к DRAM и HBM. После запуска ChatGPT в 2022 году и резкого роста спроса на альтернативу HBM она изменила план. Теперь Kepler разрабатывает SRAM и HBM параллельно.

Управляющий директор Intel Capital Шрини Анант отметил, что компания не ставила целью заменить DRAM или SRAM. Предполагалось, что направление определит рынок, а теперь спрос есть на оба типа памяти.

Отказываясь от ультрафиолетовой литографии, Kepler пытается устранить одно из узких мест производства полупроводников. Стартап утверждает, что способен выпускать SRAM с плотностью, сопоставимой с чипами, изготовленными по нормам 2 и 3 нм, без инвестиций в EUV.

Старший вице-президент направления CMOS в GlobalFoundries Эд Касте считает, что подход Kepler вписывается в стратегию компании. По его словам, речь идёт о новой системе материалов с возможностью масштабирования на несколько поколений без полной перестройки фабрики и покупки очень дорогого литографического оборудования.

Влияние материалов

Kepler рассчитывает, что рынку ускоренных вычислений не придётся ждать строительства новых фабрик памяти. По замыслу компании, увеличение поставок возможно за счёт новых способов производства памяти на уже существующих предприятиях.

Подход состоит из двух частей. Для HBM Kepler разработала новую технологию 3D-производства, которая позволяет разместить больше чипов памяти на фиксированной площади. Вычислительное ядро при этом может находиться ближе к памяти, поэтому передача данных требует меньше энергии. Конечная цель — приблизить энергозатраты на перемещение данных в HBM к уровню SRAM, сохранив большую ёмкость HBM.

Kepler также сообщает, что повысила плотность SRAM с помощью сегнетоэлектриков. Они позволяют читать и записывать данные при более низком напряжении, чем механизмы, обычно применяемые для обработки и хранения данных в полупроводниках. Для этого стартап создал новый композитный материал низкого напряжения, совместимый с сегнетоэлектрическим подходом.

Источник: wired.com

Сооснователь и технический директор Kepler Саси Манипатруни рассказал, что команда протестировала 35 вариантов композитов, прежде чем остановилась на классе материалов, который, по её мнению, должен упростить и удешевить производство чипов памяти.

После того как команда решила физическую проблему, связанную с ограничениями HBM, она разработала материал, позволяющий увеличить объём памяти между чипами, объяснил Манипатруни.

На ранних этапах работы с GlobalFoundries Kepler, по собственным данным, смогла переоборудовать фабрику в предприятие следующего поколения за восемь месяцев. Обычно такой процесс занимает 24 месяца.

Олаосебикан говорит, что компания хочет использовать уже построенные фабрики и архитектуры, доводя их возможности до физических пределов.

Kepler рассчитывает, что дополнительные расходы на новые материалы и переоснащение существующих фабрик окажутся значительно ниже затрат на строительство новых предприятий. Возведение такой фабрики и установка оборудования обходятся в $20–40 млрд, не считая оборудования стоимостью в сотни миллионов долларов.

Путь к массовому выпуску

До полноценного производства Kepler Computing ещё предстоит пройти долгий путь — если компания вообще до него доберётся. На данный момент она испытала технологию примерно на 2 000 кремниевых пластинах. Первые образцы чипов HBM стартап планирует отправить позже в этом году, в следующем году нарастить производство в Сингапуре, а в 2028 году начать выпуск чипов в США.

Эд Касте из GlobalFoundries уверен, что основные технологические прорывы уже сделаны. Теперь, по его словам, компании нужно получить стабильные результаты на тысячах пластин и миллионах устройств.

Одна из проблем используемой Kepler системы материалов связана с железом в составе композита. Железо сложно вводить в производственное предприятие, поскольку оно может стать загрязнителем. Поэтому технология Kepler должна работать на выделенном оборудовании либо использовать полностью герметичную оболочку, которая не позволит материалу выйти наружу.

Касте отметил, что ключевая задача — надёжно изолировать этот материал на всех этапах производства.

Источник: wired.com

Олаосебикан не стал раскрывать конкретные элементы композитного материала. Он сообщил лишь, что компания использует небольшое число материалов, причём некоторые из них обычно не применяются в распространённых сегнетоэлектриках.

Kepler Computing — не единственный стартап, пытающийся изменить полупроводниковую отрасль. В конце прошлого года хорошо финансируемая компания Substrate привлекла внимание новым подходом к литографии: она использует наночастицы для нанесения деталей на современные чипы. Некоторые отраслевые аналитики скептически оценили планы стартапа. Как сообщал Bloomberg, они отмечали, что Substrate будет крайне сложно выпускать большие объёмы чипов, соответствующих очень жёстким требованиям, в срок и в рамках бюджета.

Масштабирование остаётся общей проблемой для инноваций в производстве полупроводников — независимо от того, связаны они с новыми процессами, материалами или их сочетанием. Аналитик по чипам из Creative Strategies Остин Лайонс, не знакомый подробно с разработкой Kepler, сформулировал задачу так: нужно преодолеть ограничения, связанные с загрязнением, разными материалами и разным оборудованием, чтобы инновацию можно было применять в больших объёмах и чтобы её стоимость оправдывала результат.

Создать новый способ производства памяти — одна задача. Удовлетворить исторически высокий спрос на неё — другая.