SK海力士发布SSD专用处理器架构H-TPU,功耗仅为传统CPU的2.5%

H-TPU采用了简化的四级流水线,排除了超标量和非顺序执行设备,其占用面积仅为通用CPU核心的1/25(约占总CPU面积的4%),功耗仅约为1/25%(约2.5%)。

随着AI应用的快速普及,数据中心性能瓶颈正从计算层向内存和存储层转移。SK海力士于10月12日正式推出名为“H-TPU(海力士事务处理单元)”的SSD专用处理器架构,该架构通过按功能拆分处理器单元来最大化效率,旨在突破传统通用中央处理器在功耗和面积上的限制。

SK海力士SoC设计副总裁구인재于10月12日在韩国仁川松岛举行的ISOCC 2026会议上发表主题演讲,系统阐述了AI数据中心面临的结构性局限。他指出,尽管每一代GPU性能和PCIe带宽都在翻倍,但SSD控制器内部通用CPU的频率和控制能力已达到极限。传统的单体CPU架构难以处理存储控制所需的数百个细节功能,过去CPU核心仅专注于提升性能,这导致了严重的功耗浪费和不可预测的流水线延迟。

为克服上述限制,SK海力士推出了自研的超轻量事务专用处理器H-TPU。需要明确的是,H-TPU并非用于AI计算的张量加速器,而是一个可编程处理器,专门用于控制SSD数据平面和处理事务。其核心设计思路是摒弃依赖单一庞大通用CPU的传统方案,将控制功能拆解,把处理器划分为多个功能单元,并分布到数十个小型TPU集群中协同工作。

구인재在演讲中披露了H-TPU的关键技术指标:该处理器采用了简化的四级流水线,排除了超标量和非顺序执行设备,其占用面积仅为通用CPU核心的1/25(约占总CPU面积的4%),功耗仅约为通用CPU的1/25(约2.5%)。他进一步解释,只有与特定任务(如写入操作)相关的功能模块才会被激活工作,未使用的模块则切换至最低功耗模式,从而大幅降低整个控制器的功耗。

在落地路径方面,SK海力士计划将H-TPU技术逐步应用于其各类NAND存储器产品线,包括下一代企业级固态硬盘(eSSD)控制器。此后,该技术还将被用于下一代AI存储架构“Storage Next”。SK海力士预计,围绕H-TPU的控制器创新将与明年发布的新一代高带宽闪存“HBF(高带宽闪存)”形成协同效应,进一步增强其在AI存储领域的竞争力。

从行业视角来看,SK海力士此次发布的H-TPU架构反映了存储厂商在AI算力需求爆发背景下的主动求变。当前,数据中心对存储带宽和能效的要求持续攀升,传统SSD控制器架构在功耗和面积上的瓶颈日益凸显。将处理器从通用走向专用、从单体走向分布式,正在成为存储控制芯片设计的重要演进方向。H-TPU能否在企业级SSD市场获得广泛采用,以及其与HBF的协同效果能否达到预期,将取决于后续产品化的实际表现和生态适配进度。

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