生成式AI大火引爆存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)新增長引擎

2022年ChatGPT的出現(xiàn)，掀起了全球再一次的AI應(yīng)用熱潮，憑借強(qiáng)大的功能和杰出的用戶體驗(yàn)，生成式AI（AIGC）成為2022年開始最引人關(guān)注的技術(shù)新浪潮。生成式AI使用深度學(xué)習(xí)模型，利用現(xiàn)有文本、圖像、音頻等內(nèi)容生成全新內(nèi)容、解決方案或新概念的人工智能技術(shù)，可以通過學(xué)習(xí)輸入數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，來創(chuàng)造新的數(shù)據(jù)，因此它可以形成創(chuàng)造性的表達(dá)，極大地拓展了人工智能在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景。并且可以通過AI大模型的經(jīng)驗(yàn)分析，以極有想象力的方式生成眾多滿足用戶創(chuàng)意需求的原創(chuàng)內(nèi)容，并通過包括文本、圖像、音頻、視頻甚至各類代碼等方式輸出。

生成式AI的運(yùn)用有可能在不久的將來，像工業(yè)時(shí)代的鐵路、電力、印刷等通用技術(shù)，影響各個(gè)產(chǎn)業(yè)。Bloomberg Intelligence報(bào)告指出，生成式AI市場(chǎng)可望迎來爆發(fā)性成長，在未來10年內(nèi)從400億美元的市場(chǎng)規(guī)模成長至1.3萬億美元。在訓(xùn)練AI系統(tǒng)所需基礎(chǔ)設(shè)施的需求推動(dòng)下，有望以42%的復(fù)合年均成長率逐步擴(kuò)大規(guī)模，并在中長期階段轉(zhuǎn)向?qū)Υ笮驼Z言模型、數(shù)字廣告、專業(yè)軟件和服務(wù)設(shè)施的推理需求。麥肯錫（McKinsey）預(yù)測(cè)，生成式 AI 能夠在“經(jīng)過分析的 63 種應(yīng)用中增加 2.6 萬億到 4.4 萬億美元的年收入，與之相比，英國 2021 年的 GDP 總額僅為 3.1 萬億美元。如果我們將生成式 AI 嵌入到當(dāng)前正在運(yùn)行的其他任務(wù)軟件中，這一估值預(yù)計(jì)將會(huì)翻倍。”

在這龐大的生成式AI財(cái)富圈中，硬件是其中不可或缺的一環(huán)，支持AI技術(shù)的發(fā)展涉及算力、存力、網(wǎng)力三大核心要求的各類硬件。在2022年下半年開始，生成式AI浪潮引爆了企業(yè)對(duì)芯片元器件的需求，其中，龐大的模型訓(xùn)練和任務(wù)部署對(duì)存儲(chǔ)芯片的容量和性能的需求急劇增加，存儲(chǔ)芯片正面臨著內(nèi)存墻限制的挑戰(zhàn)。美光致力于為世界最先進(jìn)的計(jì)算系統(tǒng)提供業(yè)界性能最佳的解決方案。美光科技領(lǐng)先的工藝提供了更快、更可靠和更大容量的存儲(chǔ)產(chǎn)品，使人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)和生成人工智能成為可能。

在生成式AI技術(shù)出現(xiàn)之前，很多人在優(yōu)化AI應(yīng)用體驗(yàn)時(shí)就感受到了存力對(duì)AI應(yīng)用的制約。AI模型的訓(xùn)練機(jī)制需要盡可能多的數(shù)據(jù)，越多的數(shù)據(jù)投喂結(jié)果越精準(zhǔn)的工作原理，決定了大模型訓(xùn)練存在深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)層數(shù)多、連接多、參數(shù)和數(shù)據(jù)集種類復(fù)雜、數(shù)據(jù)量大的特征，隨著模型參數(shù)和數(shù)據(jù)量的快速增長，對(duì)于存儲(chǔ)的大容量和擴(kuò)展需求也迫在眉睫。

綜合生成式AI在存儲(chǔ)方面所面臨的挑戰(zhàn)，大致可以分為幾個(gè)方面。

首當(dāng)其沖的是GPU面臨的存儲(chǔ)容量問題，因?yàn)橛?jì)算單元的存儲(chǔ)能力有限，其計(jì)算效率同時(shí)受制于計(jì)算能力和與存儲(chǔ)單元的通信能力。比如用于生成式AI模型訓(xùn)練的單卡無法完整存儲(chǔ)一個(gè)大模型的參數(shù)GPT-3的1750億個(gè)參數(shù)。參數(shù)本身就需要700GB的顯存空間（每個(gè)參數(shù)按照4個(gè)字節(jié)計(jì)算）。

而以NVIDIA A100 GPU為例只有80GB顯存，單卡增加顯存似乎又涉及到成本和尺寸等問題，雖然該問題可以通過分布式訓(xùn)練和流水線并行的方式去解決，但分布式訓(xùn)練之后又會(huì)遇到通信墻的問題。再比如一臺(tái)AI服務(wù)器需要的存儲(chǔ)數(shù)量是普通服務(wù)器的3~6倍，而生成式AI對(duì)服務(wù)器的存儲(chǔ)容量要求更大，無論是大規(guī)模模型的構(gòu)建，還是海量訓(xùn)練數(shù)據(jù)的讀取，以及最基本的天量級(jí)訓(xùn)練素材的儲(chǔ)備和搜集，都需要龐大的服務(wù)器存儲(chǔ)容量以及盡可能高速且低功耗的讀取過程，因?yàn)橐愿斓乃俣忍幚頂?shù)據(jù)需要大量的功耗，這將不可避免地導(dǎo)致大量碳排放。

更多的存儲(chǔ)方面的問題還集中在AI集群每天都會(huì)產(chǎn)生大量新的數(shù)據(jù)集，歷史數(shù)據(jù)的完整歸檔；小文件和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)過多，需要一個(gè)針對(duì)小文件存儲(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化的分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)。

云訓(xùn)練數(shù)據(jù)I/O效率低，對(duì)象存儲(chǔ)較差的讀寫性能可能會(huì)導(dǎo)致訓(xùn)練過程中出現(xiàn)嚴(yán)重的瓶頸；以及持續(xù)的低延遲與高帶寬和EB級(jí)大容量存儲(chǔ)需求。  

基于上述要求，HBM（High Bandwidth Memory，高帶寬內(nèi)存）作為一款新型的CPU/GPU 內(nèi)存芯片比較好的滿足了生成式AI的存儲(chǔ)需求，HBM其實(shí)就是將很多個(gè)DDR芯片堆疊在一起后和GPU封裝在一起，實(shí)現(xiàn)大容量，高位寬的DDR組合陣列。高速、高帶寬HBM堆棧沒有以外部互連線的方式與信號(hào)處理器芯片連接，而是通過中間介質(zhì)層緊湊而快速地連接，同時(shí)HBM內(nèi)部的不同DRAM采用TSV實(shí)現(xiàn)信號(hào)縱向連接，從而可擴(kuò)展更大的容量，并提供更低的功耗以及更小的體積。

目前第四代產(chǎn)品HBM3，速率則提高到了6.4Gbps，最大容量則增加到了24GB。HBM3所提供的內(nèi)存帶寬對(duì)實(shí)現(xiàn)下一代高性能計(jì)算、人工智能和百萬兆級(jí)系統(tǒng)至關(guān)重要?；谶^去兩年存儲(chǔ)行業(yè)低迷的行情，生成式AI的橫空出世直接引爆了HBM3的市場(chǎng)需求，進(jìn)而帶動(dòng)2023年三季度開始存儲(chǔ)器全行業(yè)的復(fù)蘇。生成式 AI 需要同時(shí)訪問和獲取海量數(shù)據(jù)，并從大容量?jī)?nèi)存中汲取數(shù)據(jù)以做出適當(dāng)響應(yīng)。這需要美光第二代 HBM3 (HBM3E)、高密度 DDR5 DRAM 和 TB 級(jí) SSD 存儲(chǔ)等技術(shù)，以滿足在云端進(jìn)行生成式 AI 訓(xùn)練和推理所需的速度和容量。美光的HBM3E內(nèi)存采用了eight-tier布局，每個(gè)堆棧的容量達(dá)到了24 GB，可以實(shí)現(xiàn)每秒1.2 TB的傳輸速度。與此同時(shí)，它采用了先進(jìn)的1β技術(shù)，這意味著制造工藝更加先進(jìn)，有望提供更高的性能和效率，并降低制造成本。

生成式AI技術(shù)的火爆也開始逐漸蔓延到智能手機(jī)產(chǎn)業(yè)，隨著高通和聯(lián)發(fā)科技紛紛發(fā)布最新主打面向生成式AI的新旗艦SoC，智能手機(jī)產(chǎn)業(yè)將在2023年底正是邁向生成式AI時(shí)代，并在未來一兩年內(nèi)成為旗艦手機(jī)的標(biāo)配。生成式AI的加入，讓智能手機(jī)的存儲(chǔ)需求大幅提升，這就提供給美光LPDDR5X更多的實(shí)戰(zhàn)空間。對(duì)手機(jī)等終端設(shè)備而言，提供平衡的功耗和性能是助力 AI 驅(qū)動(dòng)用戶體驗(yàn)的關(guān)鍵，美光最新推出擁有9600Mbps的LPDDR5X內(nèi)存讓手機(jī)擁有更快的處理速度，能滿足手持高性能生成式 AI 設(shè)備所需的速度和帶寬。值得一提的是，美光的新一代LPDDR5X采用了最新的1β工藝，能夠?qū)崿F(xiàn)單顆16GB的封裝容量，同時(shí)整體能耗將會(huì)降低30%，美光也將PC內(nèi)存上常用的動(dòng)態(tài)電壓和頻率調(diào)節(jié)帶到了移動(dòng)端。

其實(shí)，美光不僅提供關(guān)鍵的生成式 AI 內(nèi)存和存儲(chǔ)解決方案，還將 AI 應(yīng)用于公司內(nèi)部的硅制造流程。硅制造流程非常復(fù)雜，需要耗時(shí)數(shù)月，涉及約 1,500 道工序。美光將前沿 AI 技術(shù)應(yīng)用于制造流程的全部工序，顯著提高了準(zhǔn)確性和生產(chǎn)效率。這樣做不僅能提高產(chǎn)量、良率與質(zhì)量、提供更安全的工作環(huán)境、改善效率，還能助力公司推進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。            

無論是制造業(yè)、汽車、科學(xué)還是其他應(yīng)用領(lǐng)域，生成式 AI 及其衍生技術(shù)都將以超乎人類想象的方式塑造未來，而美光在驅(qū)動(dòng)您的穿戴、手持和云端設(shè)備數(shù)據(jù)中扮演著核心角色。