Kepler Computing propõe nova arquitetura para aliviar escassez de memória

O que aconteceu

A Kepler Computing, startup fundada em 2018 por físicos e cientistas da computação em San Jose, Califórnia, anunciou oficialmente sua saída do stealth e apresentou uma nova proposta para construção de memórias de alta largura de banda (HBM). A empresa desenvolveu um design de empilhamento tridimensional combinado a um material proprietário, o que permite aumentar a densidade dos chips sem depender da litografia ultravioleta extrema (EUV), técnica usada pelos grandes fabricantes para encolher transistores.

A Kepler levantou US$ 468 milhões em investimentos ao longo dos últimos anos, vindos de nomes como GlobalFoundries, Intel Capital, AMD Ventures, o fundo britânico Baillie Gifford e o Gates Frontier, fundo pessoal de Bill Gates. Em julho, o Departamento de Comércio dos EUA comprometeu-se a apoiar a empresa com até US$ 245 milhões para desenvolver, em solo americano, uma nova classe de memória para IA, habilitada por tecnologias ferroelétricas e de empilhamento 3D.

A nova arquitetura de HBM, criada pela Kepler Computing, também é acompanhada de avanços equivalentes na memória cache de alta velocidade (SRAM), que fica dentro do die do chip. A HBM usa pilhas de DRAM, enquanto a SRAM é integrada ao núcleo do processador para reduzir tempos de transferência de dados. Kepler diz que ambas se beneficiam da mesma abordagem.

Os testes da Kepler estão concentrados em Cingapura, onde a GlobalFoundries, fabricante parceira e investidora de US$ 50 milhões, mantém uma instalação. Nos últimos dois anos, a startup construiu as chamadas "mini fabs", nas quais produz seus chips de memória junto às wafers de 28 nanômetros da GlobalFoundries. A companhia também realizou experimentos nas instalações da GlobalFoundries em Burlington, Vermont.

Contexto

A escassez global de chips de memória não é um fenômeno novo. Historicamente, o mercado passa por ciclos de demanda e oferta, mas o crescimento acelerado de cargas de trabalho de IA impôs uma pressão sem precedentes sobre tipos específicos de memória, como a HBM, usada em aceleradores de GPU e XPU. A construção de novas fábricas de chips é extremamente cara e lenta, o que torna difícil responder rapidamente a picos de demanda.

No método convencional, os fabricantes recorrem a máquinas de litografia EUV para desenhar circuitos cada vez menores na pastilha de silício, o que aumenta a densidade de transistores e de memória. Kepler propõe um caminho diferente: usar empilhamento vertical de camadas e um material próprio para atingir o mesmo ganho de densidade, mas em processos mais antigos e econômicos.

A empresa foi criada em 2018 e operou em sigilo por mais de sete anos. Esse período longo sem revelações públicas é incomum mesmo para startups de hardware, mas os investidores apostaram alto. A GlobalFoundries, por exemplo, além do aporte de capital, cedeu suas fábricas e processos para que Kepler valide a ideia em ambiente de produção real.

Por que importa

O gargalo de memória HBM afeta diretamente todos os players de computação de alto desempenho. Treinar grandes modelos de linguagem exige acesso rápido a grandes volumes de dados, e a HBM tornou-se peça-chave em servidores de IA. Hoje, esse mercado é dominado por poucas empresas, como Samsung, SK Hynix e Micron, que controlam a oferta e os preços.

Se a Kepler conseguir escalar sua tecnologia, compradores de memória, como fabricantes de GPUs e provedores de nuvem, ganhariam uma fonte alternativa de fornecimento. A produção poderia ser feita em fábricas que não dependem das máquinas EUV mais novas, o que reduziria custos de entrada e aumentaria a resiliência da cadeia global.

Impacto

No curto prazo, o impacto depende da capacidade de a Kepler passar de protótipos a volumes comerciais. A parceria com a GlobalFoundries em Cingapura é uma pista de que a tecnologia pode ser fabricada em processos maduros. Os US$ 245 milhões prometidos pelo governo americano, contudo, vinculam o desenvolvimento a instalações nos EUA, o que sugere um esforço para reindustrializar a fabricação de memórias no país.

No médio prazo, uma arquitetura que elimina a dependência de EUV pode abalar a lógica de investimento do setor. Fábricas menores ou mais antigas, como a de 28 nanômetros da GlobalFoundries, poderiam voltar a ser relevantes para produtos de ponta. Isso mudaria a posição de empresas que atualmente dominam por terem acesso a litografia de última geração.

A Kepler também precisa mostrar que seu material proprietário não compromete a velocidade nem durabilidade das memórias. A abordagem ferroelétrica, citada no anúncio do Departamento de Comércio, é uma área de pesquisa promissora, mas ainda não provada em larga escala para HBM.

O que muda

Se o plano funcionar, a produção de memórias deixa de ser um oligopólio de poucos gigantes com acesso a EUV. Uma startup como Kepler pode oferecer alternativa de densidade equivalente usando processos convencionais, como o 28nm da GlobalFoundries. Isso significa que, em vez de construir fábricas bilionárias, seria possível adaptar instalações existentes, o que encurtaria prazos de resposta a flutuações de mercado.

Para os consumidores finais, via provedores de nuvem, o custo de computação de IA pode cair se houver mais oferta de HBM. A escassez atual inflaciona o preço de servidores e, consequentemente, de serviços de IA na nuvem. Uma oferta mais estável tiraria pressão desse mercado.

O que vem agora

A Kepler não deu cronograma para produtos comerciais. Antes disso, precisará validar a confiabilidade de suas memórias em condições de uso intenso, algo que costuma levar vários trimestres. As mini fabs em Cingapura devem continuar servindo de base para a qualificação do processo.

O próximo passo lógico é anunciar um parceiro de design que adote a memória Kepler em um chip comercial. A presença da AMD Ventures entre os investidores sugere que um acelerador de IA pode ser um candidato natural. O dinheiro do governo americano, por outro lado, pode obrigar a companhia a duplicar testes em solo americano, o que reduz a velocidade de avanço, mas fortalece a cadeia local.

Até lá, a Kepler segue sob cuidadoso escrutínio de uma indústria que já viu promessas de inovação fracassarem na fase de manufatura. A diferença, agora, é que os investidores colocaram US$ 468 milhões na mesa e o governo dos EUA, outros US$ 245 milhões em potencial, para que a startup resolva o problema da escassez de memória.

Fontes

WIRED - A Stealth Startup Thinks It Just Hacked the Memory Shortage