【AI熱潮推動嶄新快閃記憶體產品型態誕生】高頻寬快閃記憶體的興起

正由SanDisk、鎧俠（Kioxia）等廠商發展中的高頻寬快閃記憶體（High Bandwidth Flash，HBF），是快閃記憶體產品中，全新的類型，目的是藉由大幅提高傳輸頻寬的NAND快閃記憶體，在不同AI應用情境中取代或輔助DRAM記憶體，從而以較低的成本，顯著擴展運算裝置的可用記憶體容量。

雖然應用概念相似，但SanDisk與鎧俠採取的技術路線，以及應用情境都有所不同。

SanDisk的高頻寬快閃記憶體

我們在2025年9月的封面故事《LLM重塑大型系統記憶體應用》當中，已經初步介紹過SanDisk的HBF基本概念，目的是做為當前GPU的HBM高頻寬記憶體替代品，用於擴展AI推論的可用記憶體容量。

為了提高快閃記憶體的傳輸頻寬，SanDisk將快閃記憶體儲存單元組成多個較小型的陣列，然後為每個小型陣列各自配置獨立I/O通道，比起數萬個儲存單元組成大型陣列、並共用單一I/O通道的傳統架構，可大幅提高快閃記憶體整體的I/O頻寬。

而在實體架構上，HBF則是HBM的翻版，只是將垂直堆疊的DRAM晶片換成快閃記憶體。SanDisk將16層垂直堆疊的3D NAND快閃記憶體裸晶（Die），先連接邏輯晶片（Logic Die），然後再透過中介層基板與GPU連接。這些堆疊的快閃記憶體晶片之間，也像HBM一樣，透過矽穿孔（Through-Silicon Via，TSV）彼此互連。

相較於HBM，HBF主要訴求是更高的密度與容量，SanDisk聲稱其HBF可在頻寬相當於HBM的同時（也就是至少數百GB/s的層次），以相似成本提供8到16倍容量。

SanDisk預期2026年下半推出首批HBF樣品，至於應用HBF的AI設備則預計於2027年初上市。SanDisk也與HBM記憶體主要供應商SK海力士合作，進行HBF的標準化，希望促成HBF成為業界標準。

但如同我們在9月的封面故事中提到的，由於SanDisk的HBF和HBM一樣，與GPU是在晶片層次整合，必須依靠GPU廠商的深度合作才可能實現。

除此之外，控制器製造商FADU也指出SanDisk這種HBF技術，還面臨三大障礙。首先，HBF與GPU在晶片層次整合，容易受到GPU的高溫影響。GPU的工作溫度高於NAND快閃記憶體的耐久性上限，對快閃記憶體可靠性與耐久性帶來很大挑戰。

其次，TLC和QLC快閃記憶體的寫入耐久性有限，遠不及DRAM，這將限制HBF在AI推理應用中的壽命。

最後，不同類型的NAND快閃記憶體之間，相容性很低或幾乎沒有相容性，而HBF又是1種新的快閃記憶體類型，需要新的控制器來搭配，FADU認為對於他們這類第3方NAND控制器供應商來說，很難形成有足夠吸引力的HBF控制器市場規模。

鎧俠的高頻寬SSD

鎧俠在2025年8月底，發布他們在日本新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）委託計畫下，開發出一款高頻寬SSD的消息，目的是為邊緣運算伺服器，提供輔助DRAM記憶體的額外記憶體空間。

為行動裝置或物聯網裝置提供服務的邊緣運算伺服器，受限於成本與空間，DRAM記憶體容量十分有限，此時擁有高頻寬的SSD便能扮演輔助角色，為邊緣運算伺服器擴展可用記憶體空間。

鎧俠的高頻寬SSD透過變更快閃記憶體與控制器的連接方式，來達到提高頻寬的目的。

一般SSD的控制器是透過多條平行通道分別連接多個快閃記憶體模組，隨著記憶體模組與連接通道數量增加，這種平行連接架構的複雜性便會大幅增加，而且很快就會飽和控制器的處理能力。

而鎧俠的高頻寬SSD則為每個快閃記憶體模組個別配置控制器，然後透過菊花鏈（Daisy-Chain）的方式彼此串連，不僅大幅降低了複雜性，即便增加快閃記憶體模組數量，也不會減少頻寬，還有助於提升容量。除此之外，記憶體與控制器之間的信號傳輸也改用串列形式的PAM4編碼，可增加每次信號傳輸的資料量。

鎧俠宣稱，他們目前的5TB容量高頻寬SSD原型，在搭配使用PCIe 6.0x8介面時，資料傳輸率可達64 GB/s。相較下，目前市場上唯一的PCIe 6.0 SSD產品——美光基於PCIe 6.0 x4介面的9650 SSD，最大資料傳輸率只達到28 GB/s。

但我們進一步檢視可以發現，鎧俠高頻寬SSD的傳輸率，帳面上確實比目前的PCIe 6.0 SSD高出1倍以上，但使用的傳輸通道數量也多出一倍（x8對x4），若以每通道的平均傳輸率來看，傳輸率提升幅度其實只有14%。

這意味著僅僅依靠菊花鏈架構與新的信號編碼，似乎仍不足以達到顯著高於傳統SSD的傳輸率，還必須搭配使用數量更多的傳輸通道。

鎧俠高頻寬SSD的菊花鏈架構
鎧俠高頻寬SSD為每個快閃記憶體模組各自配置了控制器，然後以菊花鏈方式串連，再連接主機端介面，藉此避免傳統SSD架構中，多組快閃記憶體以平行通道連接1組控制器，所帶來的複雜性與限制。圖片來源／Kioxia

鎧俠的AI SSD

繼高頻寬SSD之後，鎧俠2025年9月初又透露正在與Nvidia合作，開發一種與GPU直連的AI SSD，預期效能100倍於現有SSD，可達1億IOPS，並支援PCIe 7.0介面，預定2027年推出。

鎧俠表示，Nvidia要求與GPU直連的AI SSD需提供2億IOPS效能，而2組AI SSD可滿足這項要求，可部分替代HBM記憶體的生成式AI工作負載。

我們從鎧俠對AI SSD的說明中，可做出幾點推測：

首先，AI SSD的應用型態，應該是2組AI SSD透過PCIe 7.0直連1組GPU，憑藉PCIe 7.0，在傳輸通道數量，相同時傳輸頻寬至少4倍於現有PCIe 5.0 SSD。

其次，AI SSD將扮演HBM記憶體的補充與替代角色。從這一點來看，AI SSD也有可能是類似CXL擴展記憶體的型態，經由PCIe進行記憶體存取操作，而非傳統SSD以NVMe協定在PCIe介面上提供區塊儲存服務，實際情況仍有待日後進一步資料公開。

第3，鎧俠AI SSD的定位，與SanDisk的HBF一樣，都是在生成式AI應用中，補充與替代HBM記憶體，兩者的應用取向有所重疊。不過，AI SSD是透過PCIe 7.0來介接GPU，不像HBF與GPU之間是晶片級整合，經由中介板直連GPU，AI SSD的傳輸頻寬應該遜於HBF，但也不像HBF有受GPU高溫影響的問題。

不過比起這些技術差異，鎧俠AI SSD最大優勢，在於這是與Nvidia合作的計畫，在GPU整合上有先天優勢。