Che cos’è lo storage a larghezza di banda elevata e perché gli Stati Uniti stanno bloccando la Cina?

Che cos’è lo storage a larghezza di banda elevata e perché gli Stati Uniti stanno bloccando la Cina?

Il governo degli Stati Uniti ha imposto nuovi controlli sulle esportazioni sulla vendita alla Cina di chip di memoria ad alta tecnologia utilizzati nelle applicazioni di intelligenza artificiale (AI). Queste regole riguardano sia le tecnologie di memoria a larghezza di banda elevata (HBM) prodotte negli Stati Uniti che i chip prodotti all’estero. Ecco tutto ciò che devi sapere su questi semiconduttori all'avanguardia, la cui domanda è salita alle stelle insieme al clamore globale sull'intelligenza artificiale.

Cos'è lo storage a larghezza di banda elevata (HBM)?

La memoria a larghezza di banda elevata (HBM) consiste fondamentalmente in uno stack di chip di memoria, piccoli componenti che memorizzano i dati. La HBM è in grado di memorizzare una quantità notevolmente maggiore di informazioni e di trasferire dati molto più velocemente rispetto alla vecchia tecnologia chiamata DRAM (Dynamic Random Access Memory).

I chip HBM sono ampiamente utilizzati nelle schede grafiche, nei sistemi informatici ad alte prestazioni, nei data center e nei veicoli autonomi. Soprattutto, sono essenziali per le applicazioni IA sempre più popolari, inclusa l’intelligenza artificiale generativa. Questi sono alimentati da processori AI, come unità di elaborazione grafica (GPU) prodotte da aziende come Nvidia e Advanced Micro Devices (AMD).

"Il processore e la memoria sono due componenti essenziali per l'intelligenza artificiale. Senza memoria, è come avere un cervello dotato di logica ma senza memoria", ha affermato G. Dan Hutcheson, vicepresidente di TechInsights, un'organizzazione di ricerca specializzata in chip.

In che modo le restrizioni incidono sulla Cina?

Il più giovane Restrizioni all'esportazione, annunciato il 2 dicembre, fa seguito a due precedenti tornate di promulgazioni relative ai chip avanzati da parte dell'amministrazione Biden negli ultimi tre anni. L’obiettivo è bloccare l’accesso della Cina alla tecnologia critica che potrebbe darle un vantaggio militare.

Per ritorsione, Pechino ha imposto nuove restrizioni alle esportazioni di germanio, gallio e altri materiali necessari per produrre semiconduttori e altri dispositivi high-tech. Gli esperti concordano sul fatto che le nuove restrizioni all’esportazione rallenteranno lo sviluppo cinese di chip IA e, nella migliore delle ipotesi, bloccheranno l’accesso alla HBM. Sebbene la capacità della Cina di produrre HBM sia attualmente inferiore a quella delle sudcoreane SK Hynix e Samsung e dell'americana Micron, il paese sta sviluppando le proprie capacità in questo settore.

“Le restrizioni alle esportazioni statunitensi limiterebbero l’accesso della Cina a HBM di alta qualità nel breve termine”, ha affermato Jeffery Chiu, CEO di Ansforce, una società di consulenza di rete specializzata in tecnologia. “A lungo termine, tuttavia, la Cina continuerà a essere in grado di produrre HBM in modo indipendente, anche se lavora con tecnologie meno avanzate”. In Cina, Yangtze Memory Technologies e Changxin Memory Technologies sono i principali produttori di chip di memoria e sembrano stiano espandendo la capacità di produzione della linea HBM per raggiungere il loro obiettivo strategico di autosufficienza tecnologica.

Perché la HBM è così importante?

I chip HBM sono così potenti rispetto ai chip di memoria convenzionali principalmente grazie al loro spazio di archiviazione più ampio e al trasferimento dei dati notevolmente più veloce. Poiché le applicazioni di intelligenza artificiale richiedono molti calcoli complessi, queste funzionalità garantiscono che queste applicazioni funzionino senza intoppi, senza ritardi o problemi.

Uno spazio di archiviazione maggiore significa che è possibile archiviare, trasferire ed elaborare più dati, migliorando le prestazioni delle applicazioni IA poiché i modelli linguistici di grandi dimensioni (LLM) sono in grado di funzionare con più parametri. Pensa alla maggiore velocità di trasferimento dei dati, o alla maggiore larghezza di banda nel linguaggio dei chip, come un'autostrada: più corsie ha un'autostrada, meno è probabile che si congestioni e più veicoli può ospitare.

"È come la differenza tra un'autostrada a due corsie e un'autostrada a cento corsie. Semplicemente non c'è congestione", ha detto Hutcheson.

Chi sono i principali produttori?

Attualmente solo tre aziende dominano il mercato globale della HBM. Secondo uno studio, nel 2022 la Hynix rappresentava il 50% della quota di mercato totale della HBM, seguita da Samsung al 40% e Micron al 10%. Nota di ricerca, pubblicato dall'agenzia di ricerche di mercato TrendForce con sede a Taipei. Si prevede che entrambe le società sudcoreane deterranno quote simili nel mercato HBM nel 2023 e nel 2024, per un totale di circa il 95%.

Micron mira ad aumentare la propria quota di mercato HBM tra il 20% e il 25% entro il 2025, riferisce l'agenzia di stampa ufficiale di Taiwan, citando Praveen Vaidyanatha, un dirigente di Micron. L'alto valore della HBM ha portato tutti i produttori a concentrare una parte significativa della loro capacità produttiva sui chip di memoria più avanzati. Secondo Avril Wu, vicepresidente senior della ricerca presso TrendForce, si prevede che HBM rappresenterà oltre il 20% del mercato totale dei chip di memoria in termini di valore a partire dal 2024 e potrebbe superare il 30% l'anno prossimo.

Come viene prodotta la HBM?

Immagina diversi chip di memoria standard impilati uno sopra l'altro a strati, in modo simile a un hamburger. Questa è fondamentalmente l'aspetto della struttura della HBM. A prima vista sembra abbastanza semplice, ma è tutt’altro che facile da implementare, il che si riflette anche nel prezzo. Il prezzo di vendita per unità della HBM è parecchie volte superiore a quello dei chip di memoria convenzionali.

Questo perché l'altezza di un chip HBM è all'incirca pari a quella di sei capelli umani. Ciò significa che ogni strato di chip di memoria standard impilati uno sopra l’altro deve essere estremamente sottile, richiedendo un alto livello di esperienza nella produzione, noto come packaging avanzato.

"Ciascuno di questi chip di memoria deve essere macinato fino allo spessore di mezzo capello prima di impilarli uno sopra l'altro, il che è molto difficile", ha detto Chiu. Inoltre, vengono praticati dei fori in questi chip di memoria prima di montarli uno sopra l'altro in modo che i cavi elettrici possano passarci attraverso. La posizione e la dimensione di questi fori devono essere estremamente precise.

"Ci sono molti più punti di fallimento quando si tenta di realizzare questi dispositivi. È quasi come costruire un castello di carte", ha osservato Hutcheson.