CXL ปะทะ HBM: ทำไม Samsung, SK Hynix และ Micron กำลังเร่งเครื่องสู่พรมแดนใหม่ของดาต้าเซ็นเตอร์ AI

HBM หรือ High Bandwidth Memory ซึ่งปัจจุบันกำลังประสบภาวะขาดแคลนในตลาดโลก คือหน่วยความจำแบนด์วิดท์สูง โดยแบนด์วิดท์หมายถึงปริมาณข้อมูลทั้งหมดที่สามารถส่งผ่านได้ต่อหนึ่งหน่วยเวลา ทั้งนี้ Micron (MU) , SK Hynix และ Samsung เป็นผู้ผลิตรายหลักที่ผลิต HBM ปริมาณมาก (mass-production) ออกสู่ตลาดโลกในปัจจุบัน โดยชิปของ Nvidia (NVDA) รุ่น H100/B200 จำเป็นต้องพึ่งพาเทคโนโลยีนี้เป็นอย่างมาก

ณ ปัจจุบัน มาตรฐานทางเทคนิคล่าสุดที่เริ่มเข้าสู่กระบวนการผลิตจำนวนมากคือ HBM4 ซึ่งเป็นหน่วยความจำแบนด์วิดท์สูงรุ่นที่หก โดย HBM4 ได้กลายเป็นมาตรฐานสำหรับแพลตฟอร์ม Vera Rubin ของ Nvidia และ MI450 ของ AMD ขณะเดียวกัน HBM4E ที่มีความก้าวหน้าและมีประสิทธิภาพสูงกว่านั้น แม้จะยังไม่เข้าสู่การผลิตจำนวนมาก แต่ก็ได้ปรากฏอยู่ในแผนการดำเนินงาน (roadmap) ของผู้ผลิตรายใหญ่หลายรายแล้ว

HBM คือสถาปัตยกรรมฮาร์ดแวร์ที่ช่วยเพิ่มแบนด์วิดท์ด้วยการวางชิป DRAM ซ้อนกันแบบ 3 มิติ (3D-stacking) และบรรจุไว้ข้างหน่วยประมวลผลโดยตรง ข้อดีทางเทคนิคของ HBM คือระยะห่างที่ใกล้กันมากระหว่างหน่วยความจำและหน่วยประมวลผล ส่งผลให้เส้นทางการส่งข้อมูลสั้นลงอย่างมาก นอกจากนี้ เทคโนโลยีหลักอย่าง TSV (Through-Silicon Via) ที่ใช้ในการซ้อนแบบ 3 มิตินั้น เปรียบเสมือนการสร้างเส้นทางสัญญาณไฟฟ้าแนวดิ่งหลายพันเส้นภายในชิป DRAM ซึ่งช่วยให้สัญญาณไฟฟ้าสามารถทะลุผ่านทุกชั้นในแนวตั้งได้

ต่างจาก HBM ที่เป็นสถาปัตยกรรมฮาร์ดแวร์ CXL คือโปรโตคอลการเชื่อมต่อ (interconnect protocol) โดย CXL ถูกใช้เพื่อเชื่อมต่อ CPU เข้ากับอุปกรณ์ภายนอก โดยมีเป้าหมายเพื่อแก้ไขปัญหาคอขวดในการสื่อสาร พร้อมทั้งมุ่งเน้นความยืดหยุ่นและการขยายตัวได้ อย่างไรก็ตาม ความคล้ายคลึงกันของทั้งสองเทคโนโลยีคือการถูกออกแบบมาเพื่อแก้ปัญหา "memory wall" หรือปัญหาที่ชิปไม่สามารถเข้าถึงข้อมูลได้เร็วพอ ซึ่งส่งผลให้ผู้ใช้ต้องเผชิญกับระยะเวลาตอบสนองที่นานขึ้น

เมื่อเทียบกับ HBM แล้ว ข้อดีของ CXL คือความจุหน่วยความจำที่มหาศาล แม้ความเร็วในการส่งข้อมูลจะต่ำกว่า HBM แต่ CXL สามารถก้าวข้ามขีดจำกัดของสล็อตเซิร์ฟเวอร์เพื่อมอบความจุหน่วยความจำในระดับเทราไบต์ และช่วยให้สามารถแบ่งปันหน่วยความจำระหว่างหน่วยประมวลผลหลายตัวได้ หรือที่เรียกว่า "memory pooling" นอกจากนี้ เมื่อเทียบกับ HBM แล้ว CXL ยังมีต้นทุนที่ต่ำกว่าและขยายระบบได้ง่ายกว่า จึงถือเป็นโซลูชันหน่วยความจำขนาดใหญ่ที่คุ้มค่ากว่า

ในอนาคต HBM และ CXL จะทำงานร่วมกันเพื่อรองรับเซิร์ฟเวอร์ AI โดย HBM ที่มีแบนด์วิดท์สูงจะถูกใช้สำหรับการประมวลผลโมเดลหลัก ขณะที่ CXL จะทำหน้าที่มอบหน่วยความจำความจุสูง โดยทำหน้าที่เป็นแหล่งรวมหน่วยความจำ (memory pool) เพื่อรองรับการเข้าถึงข้อมูลจำนวนมหาศาล

เหตุผลที่ศูนย์ข้อมูลในอนาคตต้องการ CXL นั้นอยู่ที่คุณสมบัติของมันโดยเฉพาะ นั่นคือช่วยให้สามารถขยายหน่วยความจำภายนอกและแบ่งปันหน่วยความจำผ่านระบบ Memory Pooling ได้ ซึ่งช่วยลดต้นทุนในขณะที่สามารถแก้ไขปัญหาคอขวดด้านความเร็วในการถ่ายโอนข้อมูลได้สำเร็จ

โดยปกติแล้ว สล็อตหน่วยความจำของเซิร์ฟเวอร์แบบดั้งเดิมจะเชื่อมต่อโดยตรงกับ CPU ซึ่งเมื่อหน่วยความจำไม่เพียงพอ ทางเลือกเดียวคือการซื้อเซิร์ฟเวอร์ใหม่ อย่างไรก็ตาม ด้วยเทคโนโลยี CXL หน่วยความจำจะสามารถเชื่อมต่อจากภายนอกผ่านอินเทอร์เฟซ PCIe ได้เช่นเดียวกับฮาร์ดไดรฟ์ ซึ่งเป็นการทลายข้อจำกัดทางกายภาพของสล็อตบนเมนบอร์ด โดยในทางทฤษฎีแล้ว ตราบใดที่เซิร์ฟเวอร์มีสล็อต PCIe เพียงพอ ก็จะสามารถเพิ่มความจุของหน่วยความจำได้อย่างไม่จำกัด

ในอีกด้านหนึ่ง เซิร์ฟเวอร์แต่ละเครื่องในศูนย์ข้อมูลแบบดั้งเดิมไม่สามารถแบ่งปันหน่วยความจำระหว่างกันได้เนื่องจากถูกแยกออกจากกันทางกายภาพ ทว่า CXL 2.0 ได้นำเสนอระบบ Memory Pooling ซึ่งเป็นการรวมหน่วยความจำทั้งหมดไว้ในพูลเดียว จากนั้นสวิตช์ CXL จะสามารถจัดสรรหน่วยความจำแบบเรียลไทม์ให้กับเซิร์ฟเวอร์เครื่องใดก็ตามที่ต้องการเพิ่มขึ้น ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้ทรัพยากร ท่ามกลางภาวะที่ราคาหน่วยความจำพุ่งสูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง การดำเนินการนี้จึงช่วยลดต้นทุนลงได้อย่างมหาศาลอย่างไม่ต้องสงสัย

สำหรับความเร็วในการถ่ายโอนข้อมูลนั้น การสื่อสารระหว่างตัวเร่งความเร็ว (Accelerators) ในศูนย์ข้อมูลแบบดั้งเดิมจะใช้โปรโตคอล PCIe มาตรฐาน ซึ่งจำเป็นต้องมีการบรรจุข้อมูลลงใน "แพ็กเก็ต" และประมวลผลผ่านซอฟต์แวร์สแต็ค (Software Stack) ส่งผลให้มีความเร็วต่ำและมีความหน่วงสูง อย่างไรก็ตาม ด้วย CXL ความสอดคล้องของหน่วยความจำ (Memory Coherency) ตามโปรโตคอล CXL จะช่วยให้ตัวเร่งความเร็วสามารถอ่านและเขียนข้อมูลในระดับฮาร์ดแวร์ไปยังทรัพยากรในพูลได้โดยตรง ซึ่งช่วยย่นระยะทางการถ่ายโอนข้อมูลลงได้อย่างมาก

แม้ว่าการประยุกต์ใช้ CXL จะนำมาซึ่งการก้าวกระโดดครั้งสำคัญในเทคโนโลยีศูนย์ข้อมูล แต่การนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ในวงกว้างยังคงเผชิญกับข้อจำกัดที่สำคัญ เนื่องจากเทคโนโลยีนี้ต้องการให้ CPU, GPU, หน่วยความจำ และอุปกรณ์เครือข่ายภายในศูนย์ข้อมูลทั้งหมดรองรับมาตรฐานเดียวกัน ความซับซ้อนในการประสานงานของระบบนิเวศระหว่างอุตสาหกรรมสำหรับ CXL จึงยังคงเป็นอุปสรรคที่ยากที่สุดในเส้นทางสู่การนำไปใช้อย่างแพร่หลาย

ตามรายงานจาก The Korea Economic Daily ระบบหน่วยความจำ CXL ของ Samsung ที่ชื่อว่า "Pangea v2" แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพอันยอดเยี่ยม โดยมีความสามารถในการรับส่งข้อมูลสูงกว่าโซลูชัน RDMA แบบดั้งเดิมถึง 10.2 เท่า และลดปัญหาคอขวดได้สูงสุดถึง 96% ซึ่งนับเป็นความสำเร็จทางเทคโนโลยีที่สำคัญในด้าน CXL

ระบบนี้พัฒนาขึ้นบนพื้นฐานของ Intel (INTC) , Nvidia และมาตรฐาน CXL 2.0 ของบริษัทอื่น ๆ ที่เปิดตัวร่วมกันในปี 2020 ซึ่งจำเป็นต้องรวมโมดูล CXL DRAM จำนวน 22 ชุด (CMM-D หรือ CXL Memory Module-DRAM หมายถึงโมดูลหน่วยความจำ DRAM ที่ใช้พื้นฐานจาก CXL) เข้าเป็นพูลหน่วยความจำที่ใช้ร่วมกันเพียงแห่งเดียว รองรับการเข้าถึงจากเซิร์ฟเวอร์หลายเครื่องด้วยความจุหน่วยความจำสูงสุด 5.5TB

"Pangea v2" ของ Samsung ถือเป็นจุดสูงสุดของระบบในยุค CXL 2.0 ปัจจุบัน อย่างไรก็ตาม เมื่อพิจารณาจากความเร็วในการเปลี่ยนแปลงเทคโนโลยีในภาคส่วน CXL ความสำคัญของ v2 จึงอยู่ที่การสร้างเกณฑ์มาตรฐานสำหรับเทคโนโลยี CXL 2.0 มากกว่าการเป็นผู้นำตลอดกาล

ปัจจุบันมาตรฐาน CXL ได้พัฒนาไปถึงเวอร์ชัน 3.2 แล้ว และ Samsung ได้ประกาศแผนที่จะเปิดตัว "Pangea v3" ตามข้อกำหนดล่าสุดภายในปี 2026 โดยคาดว่า v3 จะมีการรองรับการสื่อสารผ่านแสงที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นและมีแบนด์วิดท์พอร์ตเดี่ยวที่สูงขึ้น พร้อมประสิทธิภาพที่คาดว่าจะเหนือกว่า v2

นอกจาก Samsung แล้ว คู่แข่งอย่าง SK Hynix และ Micron ต่างก็ได้เปิดตัวผลิตภัณฑ์ที่สมบูรณ์ในอุตสาหกรรม CXL แล้ว โดยเมื่อเดือนมีนาคมที่ผ่านมา SK Hynix ได้จัดแสดงโมดูลหน่วยความจำ CMM-DDR5 CXL ที่งาน CFMS 2026 Global Flash Summit หลังจากที่ได้เปิดตัว HMSDK ซึ่งเป็นชุดซอฟต์แวร์ที่พัฒนาขึ้นสำหรับการใช้งาน CXL ไปก่อนหน้านั้น ขณะเดียวกัน Micron ก็ได้เปิดตัวโมดูลขยายหน่วยความจำ CZ120 ในปี 2023 เช่นกัน

ปัจจุบัน บริษัทเทคโนโลยีที่เปิดตัวผลิตภัณฑ์ที่สมบูรณ์แล้วยังคงเป็นส่วนน้อย อย่างไรก็ตาม นอกเหนือจากบริษัทที่กล่าวมาข้างต้น ยักษ์ใหญ่ด้านเทคโนโลยีหลายรายก็ได้เปิดตัวผลิตภัณฑ์ที่รองรับ CXL เช่นกัน ตัวอย่างเช่น โปรเซสเซอร์ Intel Xeon เจนเนอเรชั่นที่ 5 และ Granite Rapids รุ่นล่าสุดของ Intel รองรับ CXL 2.0 อย่างเต็มรูปแบบ พร้อมฟีเจอร์บางส่วนที่รองรับ CXL 3.0 ขณะที่ AMD (AMD) ในซีรีส์ EPYC Genoa และ Turin ได้เข้าสู่กระบวนการผลิตจำนวนมากแล้ว โดยทั้งสองซีรีส์รองรับการขยายหน่วยความจำ CXL

นอกจากนี้ บริษัทเทคโนโลยีบางแห่งกำลังพัฒนาชิปที่รองรับ CXL โดย NVIDIA มีแผนที่จะรองรับมาตรฐาน CXL 3.1 ใน CPU รุ่น Vera ซึ่งมีกำหนดเปิดตัวในช่วงปลายปีนี้ ซึ่งเป็นความเคลื่อนไหวที่อุตสาหกรรมมองว่าเป็นการทดสอบการใช้งานจริงที่สำคัญที่สุดสำหรับ CXL จนถึงปัจจุบัน

รายงานจาก The Information ระบุว่า Google (GOOG) (GOOGL) ได้เริ่มนำ CXL มาใช้ในศูนย์ข้อมูลของบริษัท และกำลังเริ่มติดตั้งตัวควบคุมเพื่อจัดการการรับส่งข้อมูลระหว่าง CPU และกลุ่มหน่วยความจำภายนอกขนาดใหญ่

โดยดั้งเดิมแล้ว หัวใจหลักของอุตสาหกรรมหน่วยความจำคือแผ่นวงจร DRAM ตัวอย่างเช่น HBM เกี่ยวข้องกับการวางซ้อนชิป DRAM แบบ 3 มิติ การแข่งขันระหว่างสามยักษ์ใหญ่ด้านหน่วยความจำอย่าง Samsung, SK Hynix และ Micron ในสาขานี้มุ่งเน้นไปที่ว่าใครจะสามารถวางซ้อนเลเยอร์ได้มากกว่ากัน

อย่างไรก็ตาม CXL ได้เปิดพรมแดนใหม่ทั้งหมด ซึ่งการแข่งขันขึ้นอยู่กับการประสานพลังระหว่างฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ โดยขึ้นอยู่กับว่า CXL ของใครจะรวมเข้ากับโปรเซสเซอร์จาก Intel, AMD และ NVIDIA ได้ดีกว่ากัน คอนโทรลเลอร์ CXL ของใครจะให้ความหน่วงที่ต่ำกว่า และซอฟต์แวร์การจัดการของใครใช้งานได้ง่ายกว่า สิ่งนี้กำหนดให้บริษัทหน่วยความจำไม่เพียงแต่ต้องมีเทคโนโลยีชิปที่ล้ำสมัยเท่านั้น แต่ยังต้องมีความสามารถในการออกแบบชิปโลจิกที่แข็งแกร่งขึ้นด้วย การเกิดขึ้นของ CXL นำเสนอโอกาสในการปรับเปลี่ยนโครงสร้างในอุตสาหกรรมหน่วยความจำ และแนะนำกลไกขับเคลื่อนการเติบโตของกำไรใหม่ๆ

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง CXL ช่วยเชื่อมช่องว่างระหว่างหน่วยความจำ (เช่น DRAM) และหน่วยจัดเก็บข้อมูล (เช่น SSD) ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วจะช่วยให้หน่วยความจำมีขนาดใหญ่ขึ้นและหน่วยจัดเก็บข้อมูลเร็วขึ้น สำหรับสามยักษ์ใหญ่ด้านหน่วยความจำ แม้ว่าก่อนหน้านี้ HBM จะได้รับส่วนต่างราคาที่สูงจากอุปสงค์ของดาต้าเซ็นเตอร์ AI แต่ผลิตภัณฑ์ SSD ของพวกเขาจะสามารถเรียกราคาพรีเมียมได้ในลักษณะเดียวกัน เมื่อ SSD ที่ติดตั้ง CXL เข้าครองตลาดหลัก

นอกจากนี้ อุตสาหกรรมหน่วยความจำจะเกิดการแบ่งส่วนตลาดเมื่อ CXL เข้าสู่ตลาดหลัก โดย HBM ซึ่งเน้นแบนด์วิดท์ระดับสูงสุด จะยังคงอยู่ที่จุดสูงสุดของพีระมิดเนื่องจากเทคโนโลยีที่ล้ำสมัยและอัตราผลตอบแทนจากการผลิตที่ต่ำ ขณะที่ DDR5 แบบดั้งเดิมซึ่งรักษาสมดุลระหว่างความหน่วงและความจุ จะยังคงรักษาตลาดเดิมไว้ และหน่วยความจำขยาย CXL จะเชี่ยวชาญด้านความจุขนาดใหญ่พิเศษในระดับ TB การสร้างความแตกต่างนี้ช่วยให้ผู้ผลิตหน่วยความจำสามารถเชี่ยวชาญในผลิตภัณฑ์เฉพาะด้าน ซึ่งจะช่วยเสริมสร้างการประสานพลังกันตลอดทั้งห่วงโซ่อุตสาหกรรม

ในอดีต รูปแบบการวิจัยและพัฒนาสำหรับหน่วยความจำถูกกำหนดโดยข้อมูลจำเพาะของโปรเซสเซอร์ ทำให้กลุ่มหน่วยจัดเก็บข้อมูลมีอิทธิพลค่อนข้างน้อยในภาคส่วนเซมิคอนดักเตอร์ อย่างไรก็ตาม เมื่อ CXL กลายเป็นกระแสหลัก ดาต้าเซ็นเตอร์ในอนาคตอาจเปลี่ยนจากสถาปัตยกรรมที่มี CPU เป็นศูนย์กลาง ไปสู่สถาปัตยกรรมที่มีการรวมกลุ่มหน่วยความจำ (memory-pooling) เป็นศูนย์กลาง สิ่งนี้จะช่วยเพิ่มการประเมินมูลค่าของบริษัทจัดเก็บข้อมูลได้อย่างมาก โดยเปลี่ยนตรรกะการประเมินมูลค่าของอุตสาหกรรมจากหุ้นวัฏจักรไปสู่หุ้นเติบโต

เนื้อหานี้ได้รับการแปลโดยปัญญาประดิษฐ์ (AI) และผ่านตรวจสอบโดยมนุษย์ มีไว้เพื่อการอ้างอิงและข้อมูลทั่วไปเท่านั้น ไม่ใช่การแนะนำการลงทุนแต่อย่างใด