Intel và bộ nhớ: Lịch sử của những lần rút lui và nỗ lực trở lại

Trong một podcast TechSurge được phát hành vào tuần trước, CEO Intel Lip-Bu Tan đã phát tín hiệu về mối quan tâm ngày càng lớn của tập đoàn chip này đối với lĩnh vực bộ nhớ, cho biết Intel không muốn bỏ lỡ “làn sóng lớn” tiếp theo.

Khi Intel đang nghiên cứu những công nghệ như Cross-Batch Memory (XBM) và Z-Angle Memory (ZAM), đây cũng là thời điểm đáng để nhìn lại lịch sử lâu dài và không ít thăng trầm của Intel trong lĩnh vực bộ nhớ, nơi công ty từng đưa ra nhiều canh bạc táo bạo nhưng đạt kết quả rất khác nhau.

Từ nhà tiên phong DRAM đến rút lui

Intel từng có vị thế trong cả DRAM và NAND. Theo EE Times, Intel đã ra mắt SRAM thương mại đầu tiên của ngành, chip 3101, vào năm 1969, sau đó là DRAM thương mại đầu tiên, 1103, chỉ một năm sau.

Tuy nhiên, đến đầu những năm 1980, các đối thủ Nhật Bản như NEC, Hitachi và Fujitsu đã tạo được lợi thế lớn về sản xuất, với tỷ lệ thành phẩm cao hơn tới 40% so với các đối thủ Mỹ, đồng thời giảm được chi phí sản xuất.

Trong bối cảnh thua lỗ gia tăng và giá DRAM giảm mạnh, Intel quyết định rút khỏi thị trường DRAM vào năm 1985.

Trong bức thư chia tay được đăng trên website Intel, công ty cho biết công suất sản xuất toàn cầu đang đẩy giá DRAM xuống “mức không thể chấp nhận được”. Intel nhận định rằng khi DRAM 256K được bán với giá dưới 3 USD, khả năng đạt mức lợi nhuận chấp nhận được ở các sản phẩm mật độ cao hơn là rất thấp.

Thời điểm Intel rút lui, DRAM chỉ còn chiếm dưới 5% hoạt động kinh doanh của công ty và Intel dự kiến những khoản lỗ “đáng kể” sẽ tiếp tục trong năm 1985 và những năm sau đó.

Tuy nhiên, tham vọng về bộ nhớ của Intel không kết thúc ở đó. Cuối những năm 1990, Intel tiếp tục đặt cược vào Rambus RDRAM cho các bộ xử lý Pentium 4. Nhưng chi phí và độ trễ cao khiến RDRAM không đạt được sức hút trên thị trường. Intel cuối cùng từ bỏ sáng kiến này vào năm 2001.

Từ NAND đến Optane

Intel cũng bước vào thị trường NAND thông qua quan hệ hợp tác với Micron. Hai công ty thành lập liên doanh IMFT (Intel-Micron Flash Technologies) vào năm 2006 để phát triển và sản xuất NAND flash.

Đến năm 2015, hai bên hoàn tất phát triển 3D XPoint và bắt đầu sản xuất hàng loạt 3D NAND. 3D XPoint do Intel và Micron cùng phát triển, được thiết kế để mang lại tốc độ bộ nhớ không biến đổi nhanh hơn NAND flash tới 1.000 lần, trong khi vật liệu độc quyền và kiến trúc cross-point có thể mang lại mật độ cao gấp 10 lần bộ nhớ truyền thống.

Intel sau đó thương mại hóa 3D XPoint thông qua Optane vào năm 2017. Tuy nhiên, công nghệ này gặp khó khăn trong việc tạo được sức hút trên thị trường khi các giải pháp như HBM và bộ nhớ 3D xếp chồng nhiều lớp mang lại sự cân bằng tốt hơn về hiệu năng, chi phí và khả năng mở rộng.

Optane cuối cùng không đạt được kỳ vọng và Intel quyết định khai tử công nghệ này vào năm 2022. Trong khi tiếp tục đẩy mạnh NAND, Intel cũng từng công bố kế hoạch sản xuất 3D NAND tại Trung Quốc vào năm 2015. Nhưng chiến lược NAND cuối cùng mất đà do thị trường yếu và thua lỗ gia tăng.

Năm 2020, Intel bán mảng kinh doanh NAND cho SK hynix với giá 9 tỷ USD.

Nước đi mới của Intel: XBM và ZAM

Theo Tom’s Hardware, nỗ lực mới nhất của Intel trong lĩnh vực bộ nhớ dường như tập trung vào việc xếp chồng bộ nhớ lên CPU và tái thiết kế kiến trúc bộ nhớ — thể hiện qua các công nghệ XBM và ZAM.

XBM: hướng tới một kiến trúc khác HBM. Bằng sáng chế mới của Intel cung cấp thêm thông tin về XBM (Cross-Batch Memory).

Công nghệ này kết hợp một khối DRAM với khối I/O UCIe tốc độ 32 GT/s. Được thiết kế để có footprint tương đương HBM4, mỗi đơn vị XBM có thể tích hợp 0,5–5,0 GB dung lượng die, với I/O được định tuyến thông qua die nền.

XBM cũng đi theo hướng khác so với HBM truyền thống. Thay vì sử dụng silicon interposer để kết nối bộ nhớ với bộ xử lý, XBM truyền dữ liệu thông qua các liên kết UCIe.

Ở cấp độ cell, XBM đưa các ô nhớ 1T1C từ lớp silicon front-end sang back-end-of-line (BEOL). Điều này giải phóng không gian ở front-end cho nhiều through-silicon vias (TSV) hơn, qua đó có thể cho phép kết nối bộ nhớ với mật độ cao hơn.

ZAM: một hướng tiếp cận khác

Trong khi đó, ZAM (Z-Angle Memory) được Intel đồng phát triển với SAIMEMORY, công ty con của SoftBank, lại sử dụng một cách tiếp cận khác.

Kiến trúc này sử dụng fusion bonding để tạo ra một cấu trúc gồm 9 lớp DRAM, với các lớp silicon chỉ dày khoảng 3 µm ngăn cách giữa từng tầng.

Intel đặt mục tiêu đạt mật độ băng thông cao khoảng gấp đôi HBM4. Hai công nghệ này vẫn còn cách thị trường một khoảng thời gian đáng kể. Theo Wccftech, XBM có thể hướng tới thương mại hóa sau năm 2030, tương tự ZAM.

Liệu Intel có thể biến bản thiết kế đầy tham vọng này thành một sản phẩm thương mại thực sự và giành lại một vị thế đáng kể trong lĩnh vực bộ nhớ sẽ có thể trở nên rõ ràng hơn trong 2–3 năm tới.

Nguồn: TechSurge, EE Times, Intel, Commercial Times, The Register, Tom’s Hardware và Wccftech.