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从 AI 到无人工厂：5G 应用如何推动内存和存储需求
随着 5G 的推出，人工智能 (AI)、边缘计算、大数据等领域将发生重大变革。但是，这些由 5G 驱动的应用对内存和存储意味着什么？ 我采访了美光移动业务部门营销副总裁 Chris Moore，请他畅谈了对于内存和存储助力实现 5G 美丽新世界的看法。
我：进入 5G 时代后，不仅我们的存储技术需要改变，计算方法也需要改变。边缘计算将得到广泛应用。在这个过程中，还会遇到隐私、安全、可靠性、功耗等方面的挑战。从存储的角度出发，您认为如何解决这些痛点？
Moore：边缘计算无疑会给内存和存储带来巨大影响，因为连接 5G 的边缘设备和物联网 (IoT) 需要强大的计算能力，而这种能力过去只属于服务器、PC 和智能手机。为应对这一需求，美光为网络边缘开发了可扩展、高带宽、低延迟的存储和内存，它们是在边缘设备中实现实时分析和处理以及应对未来快速增长的数据量所必需的要素。5G 和边缘计算面对的另一个挑战无疑是功耗，一个重要原因是，有研究表明，5G 基础架构与 4G 相比需要更大的功率。据预测，到 2030 年，信息和通信技术在全球总耗电量中的占比将高达 20%。因此，确保 5G 生态系统的各个层面从一开始就在其基础架构中进行能效设计至关重要。
我们一直在不断创新，力求提高美光产品的功效、性能和速度，我们相信这些特性彼此密切相关。例如，相比前几代产品，低功耗 DDR5 DRAM 的功效提高了 20% 以上，数据访问速度提高了 50%。这些提升使 5G 智能手机能够以高达 6.4Gb/s 的峰值速度处理数据，对消除 5G 数据瓶颈起到了关键作用。这种处理能力也非常适合边缘设备，例如，帮助自动驾驶汽车实时计算和处理数据。另外值得指出的是，边缘计算可以节省能源，这是因为，通过在边缘位置执行数据处理，设备就无需将数据发送到数百公里以外的数据中心，从而减少了能源消耗。
我：随着 5G 的推出，美光是否制定了相关计划，以支持对实时大型数据集通信不断增长的需求？
Moore：解决大型数据集问题以及 5G 近乎即时响应的需求，给底层硬件带来了巨大压力，这些硬件必须确保即使在最繁重的使用条件下也不会损失性能。作为首家量产 1z 节点工艺的供应商，美光致力于满足这些需求，尤其是当我们考虑到这项领先技术所带来的回报时。我们基于 1z 节点打造的 DDR5 为支持 5G 及之后的下一代技术奠定了关键基础。DDR5 特别适合处理来自快速扩展的数据集和数据密集型应用的高级数据中心工作负载。DDR5 将内存性能提高了 85％以上，并提供现代数据中心所需的更高可靠性、可用性和可维护性。
我：5G 智能手机的存储和内存需求将如何演变？
Moore：5G 智能手机的娱乐需求、社交需求、拍摄需求和系统需求都需要更高的系统容量。例如，5G 将在手机上实现前所未有的游戏体验，但这需要更多的 DRAM。下载整部高清电影并传输到电视需要更多 NAND 存储。5G 将使未来的视频流更具沉浸感，用户可以实时选择摄像机角度和其他内容，这种能力再次推动了对更多 DRAM 的需求。使用 10,800 万像素以上的摄像头录制 8K 视频内容并在社交平台上与好友分享，既需要大量 DRAM 来编码数据，也需要相当大的 NAND 存储来保存数据，以便日后分享。
不仅如此，如今的很多系统都使用多个 AI 引擎来增强图像处理和视频捕获功能，这将需要更多的 DRAM 来支持系统需求。最后，5G 给现代手机带来的一大切实优势是，用户可以同时执行所有这些任务，做到真正的多任务处理。当然，这意味着用户将需要更多的 DRAM 容量，以便并行使用所有这些功能。我们相信，美光的 12GB LPDDR5 DRAM 以及 256GB UFS3.1 NAND 存储很快将成为全功能 5G 手机的标配。
我：一些持怀疑态度的人认为，无人工厂和远程手术并非真的需要 5G。对此您怎么看？
Moore：无人工厂和远程手术这两个用例将对整个社会产生深远影响。想想当下新冠疫情给我们带来的影响吧。如果我们已经能够广泛实现这些用例，就不会像现在一样经历全球工厂关闭和随后的供应链中断。如果远程手术已经广泛应用，我们就不必推迟手术，也不必让医生和其他患者面临感染疾病的风险。5G 对这些用例而言的确至关重要，因为它们都需要大量可以快速实时通信的互联系统和设备。试想一下，对于操作机械臂进行危急手术的医生或操作工业机械的工厂工人来说，通信延迟将会带来多大的风险。
在这些场景中，5G 之所以至关重要，是因为它具有以下三点优势，能够实现更多的机器对机器 (M2M) 连接：
- 超低延迟，远低于 4G（1ms 相比 10ms）
- 每平方公里范围内允许的连接数量是 4G 的 10 倍（100 万相比 10 万）
- 数据速率是 4G 的 20 倍（20Gb/s 相比 1Gb/s）
由于 5G 能凭借更多数据带宽和超低延迟实现更多设备的通信，智能设备之间以及基础设施与这些设备之间将能够进行更多自主协调。1ms 的超低延迟非常重要，因为它可以实现跨网络的实时控制，并消除操作远程设备时的视频延迟。这些因素对于实现远程手术和无人工厂至关重要。
我：目前业界普遍看好增强现实 (AR) 和虚拟现实 (VR) 这两项技术，但它们尚未完全实现。AR 和 VR 要想使用 5G，将需要如何改进？
Moore：据我所知，当下最流行的 AR/VR 应用是游戏。确实如此，我的孩子每天都在用这项技术玩《Pokémon Go》！但随着 5G 带来的超低延迟，我们会看到更多企业级的应用。在当下的疫情环境中，很显然我们迫切需要远程教育、远程医疗，甚至需要远程机械师帮助修车。这些概念与人工智能的融合会更加令人振奋。想象一下，一个四岁的孩子坐在虚拟教室里跟一位为他/她专设的 AI 老师学习阅读，而课程是老师为孩子量身定制的。现在，我们距离这一场景成为现实已经不远了。
所有这些应用都需要大量的 DRAM 来处理视频和 AI，还需要 NAND 来存储云端的大数据和手机上的移动数据。这些应用要想获得成功，关键在于它给终端用户带来的所有体验必须顺畅无缝。不能出现各种小毛病，也不能有让虚拟环境看起来不真实的延迟，否则，终端用户将难以接受。毫无疑问，对一个四岁的小女孩来说，如果她的虚拟老师要花太长的时间才能回答她的问题，她就会失去兴趣和注意力！受这类系统的推动，我们将需要比当前水平更快的计算、更好的神经引擎以及更多的 DRAM 内存和 NAND 存储。
我：未来两年，除智能手机外，您认为还有哪些 5G 应用将会爆发？
Moore：在我们看来，5G 是一项颠覆性技术，将以多种方式影响消费者和企业，包括手机、自动驾驶、无人工厂、AR/VR、智能边缘、AI，甚至是我们从未想象过的事物。这些都是我们关注的重要领域，美光的内存和存储产品是适合为所有 5G 应用提供支持的核心技术，因为这些应用最终都离不开数据。
但我们发现最令人兴奋的领域是 AI。借助 5G，我们的设备能够即时处理 AI 任务所需的所有数据，让智能触手可及。在这里，内存和处理需求将发生变化。AI 应用将需要比现在更多的内存、存储和更快的速度，以适应 5G 带来的以指数级增长的数据量。这正是美光发挥作用的地方。为支持 AI，美光科技将结合 3D NAND 的优点（高数据存储容量）和 DRAM 的重要特性（超高速处理），打造相应解决方案。
但对我而言，更令人兴奋的是我们目前还没看到的新事物。我经常会想象，一名大学生坐在宿舍里编写一款新的应用，把我们今天的硬件性能推到极限。想象一下过去发明视频聊天、社交网络或电子零售应用模式的大学生，这那之前我们甚至无法想象，但如今却司空见惯。
所以当您问到 5G 以及移动内存和存储的未来时，我真的非常兴奋。这就是我每天工作的动力，我们要构建为未来应用提供支持的平台。这些平台需要什么？ 1TB 的 UFS4.0 超高速存储？ 24GB 的 LPDDR5x 内存？ 新的内存和存储技术？ 以 5G 为代表的颠覆性技术推动了这些创新。
此内容的一个版本首先出现在 EEFocus 的采访文章中。