Förändringar i minneteknologier påverkar djupt datormonstruktioner och driver innovation över flera fronter:
1. Bortom Von Neumann -flaskhalsen: Den klassiska von Neumann -arkitekturen lider av en flaskhals:Data och instruktioner reser längs samma väg mellan CPU och minne. Nya minneteknologier hjälper till att lindra detta:
* Nära databehandling: Bearbetningsenheter placeras närmare minnet (t.ex. datoranvändning med resistiv RAM eller bearbetning-i-minnesarkitekturer). Detta minskar dataöverföringstider avsevärt och påskyndar beräkningar. Detta leder till arkitekturer med distribuerad bearbetning, där beräkning sker där data finns.
* 3D-staplat minne: Staplingsminnet dör vertikalt ovanpå varandra ökar minnesbandbredd och densitet utan att kräva större fysiska fotavtryck. Detta möjliggör mer minne närmare CPU, vilket ytterligare minskar Von Neumann -flaskhalsen.
2. Energieffektivitet: Minnesåtkomst förbrukar en betydande del av en dators energibudget. Ny teknik förbättrar energieffektiviteten:
* icke-flyktigt minne (NVM): NVM:er som NAND Flash och Emerging Technologies som STT-RAM och MRAM behåller data även när strömmen är av, vilket eliminerar behovet av att ständigt uppdatera data i DRAM, vilket sparar betydande energi. Detta är särskilt viktigt för mobila och inbäddade system.
* Minnesdesigner för lägre effekt: Framstegen inom tillverkningsprocesser och minnescellkonstruktioner minskar ständigt den energi som krävs för minnesoperationer.
3. Specialiserade arkitekturer: Olika minneteknologier har olika styrkor och svagheter. Detta leder till specialiserade arkitekturer som utnyttjar dessa egenskaper:
* accelererad datoranvändning: GPU:er och andra acceleratorer är mycket beroende av effektiv dataöverföring. Minneslösningar med hög bandbredd, som HBM, är avgörande för deras prestanda.
* AI -acceleratorer: Specialiserad hårdvara för maskininlärningsuppgifter drar nytta av närhet till stora mängder data. In-Memory Computing och specialiserade NVM utvecklas för att optimera AI-arbetsbelastningar.
* persistent minne: NVM -tekniker som Intel Optane tillåter applikationer att komma åt data direkt som om det var regelbundet RAM, men data kvarstår även efter en effektförlust. Detta möjliggör innovativ databas- och cache -strategier.
4. Nya systemdesigner: Memory Technologies påverkar den övergripande systemdesignen:
* Minnescentriska arkitekturer: System utformas kring minnesegenskaperna snarare än CPU. Detta innebär att tänka på datarörelse och placering strategiskt.
* heterogen datoranvändning: System integrerar olika typer av processorer och minnen för att hantera olika uppgifter optimalt. Detta kräver sofistikerad minneshantering och sammankopplingar.
5. Förbättrad tillförlitlighet och hållbarhet: Vissa nya minneteknologier erbjuder högre tillförlitlighet och uthållighet jämfört med traditionell dram:
* felkorrigerande koder: Avancerade felkorrigeringstekniker förbättrar tillförlitligheten för minnet, särskilt kritiskt för applikationer som kräver hög dataintegritet.
* Tekniker för slitnivå: För flashbaserat minne förlänger dessa tekniker livslängden för lagring genom att distribuera skrivoperationer jämnt.
Sammanfattningsvis handlar inte framsteg inom minneteknologier bara snabbare eller större lagring. De är grundläggande möjliggörare för nya datorarkitekturer som är mer effektiva, kraftfulla och specialiserade för olika applikationer, och driver gränserna för datoranvändning utöver vad som tidigare var möjligt.
