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存儲器撞墻效應誰來解?

2014-12-16

     電腦系統(tǒng)的效能精進,,在近年來遭遇一些問題,,例如處理器的時脈撞墻(Clock Wall)問題,,即運作時脈難以超越4GHz,2011年第4季Intel推出第二代的Core i7處理器達3.9GHz,,至今Intel所有的處理器均未超過3.9GHz,。

  時脈撞墻逼迫Intel放棄過往慣用的時脈提升加速法,取而代之是以增加處理器的核數(shù)來提升效能,,事實上早于2005年即提出雙核構想(仿效2000年IBM提出的POWER4),,2006年Intel跟進推出Core Duo,,此后x86 CPU的效能提升,,即是在時脈與核數(shù)及功耗間求取平衡。

  另一個問題是記憶體撞墻(Memory Wall),,事實上這個問題比時脈撞墻問題嚴重,,且發(fā)生的時間更早。根據(jù)統(tǒng)計,,1986年到2000年間,,處理器的效能每年以55%的幅度在成長,但相對的,,記憶體僅有每年10%的速度增長,。

  很明顯的,記憶體逐漸成為整體電腦系統(tǒng)效能中的“瓶頸”,,為此Intel多次運用晶片組市占率,,引領與逼迫并用地讓電腦記憶體產(chǎn)業(yè)升級,,先是自最傳統(tǒng)的FPM RAM升級成EDO RAM,而后升級成,。

  但Intel期望產(chǎn)業(yè)自升級成RDRAM時,,RDRAM的發(fā)展卻不如預期,且Intel支援RDRAM的i820晶片組發(fā)生瑕疵,,迫使Intel放棄RDRAM,,回歸大宗主流的,而后隨JEDEC組織的制訂進入DDR SDRAM(原有的SDRAM則為區(qū)別,,稱為SDR SDRAM),。不僅Intel失敗,相近時間NEC也曾提出VC RAM(Virtual Channel,,虛擬通道),,期望改善記憶體的存取效能,但也未能獲得市場認同,。

   數(shù)年后Intel再次嘗試突破現(xiàn)狀,,記取RDRAM技術變革過大且獨家主導等缺點,2005年Intel提出FB- DIMM(Full Buffered Dual In Line Memory Module),,在不改變原有DRAM產(chǎn)業(yè)的情況下,,透過 AMB(Advanced Memory Buffer,先進記憶體緩沖器)晶片來加速傳輸,,并將FB-DIMM標準提交,,2006年獲得JEDEC組織 認可,以利推行,。但到了2011年,,Intel、等均放棄使用FB-DIMM,,再一次失敗,。

  從RDRAM到FB-DIMM,已接近十年時間,,即記憶體撞墻效應問題一直未明顯紓解,,只能采漸進方式維持,如從DDR2 SDRAM升級成DDR3 SDRAM,,而后將進入DDR4 SDRAM,,但世代之別大體只在運作電壓的降低、制程的精進,,其實變化不大,。

  為了解決問題,2011年Micron提出Hybrid Memory Cube技術,簡稱HMC,。Micron宣稱HMC比DDR3 SDRAM快上15倍,,并為此發(fā)起成立Hybrid Memory Cube Consortium組織,與其他業(yè)者共同推行,。

   HMC主要是運用3D IC的TSV(Through-Silicon Via,,矽穿孔)技術,將4至8個現(xiàn)有主流大宗的DDR3 SDRAM裸晶連 接,,并共同封裝,,并在封裝內(nèi)由一片邏輯裸晶(Logic Die)擔任記憶體控制器的角色,統(tǒng)籌與多個DDR SDRAM裸晶的存取溝通,,以此加速,。

  雖然2011年提出HMC技術、2012年發(fā)起HMCC組織,,但HMC標準化的技術規(guī)格至2013年才提出,,在歷經(jīng)1.0版、1.1版后,,于2014年提出2.0版,,2.0版將傳輸率自15Gbps倍增至30Gbps。

  許多業(yè)者將改善記憶體撞墻效應的希望寄托在HMC技術上,,不過目前為止的推進仍很緩慢,,截至目前為止仍未見有采行HMC記憶體的電腦系統(tǒng),預計2015年才會登場,,即便如期登場,,從技術到系統(tǒng)也歷經(jīng)4年時間。

   另外,,或許有人對HMC技術的推展抱持樂觀,,因為HMCC組織中,8家關鍵業(yè)者有3家為記憶體大廠,,即Micron,、Samsung、 SK Hynix,。但是,,10多年前的RDRAM,也是獲得Intel,、Samsung、Micron等大廠的入資或換股,,最終RDRAM并沒有成為新一 代的主流記憶體,,因此,對HMC的推行仍難有樂觀的理由,。

  如果記憶體撞墻效應無法解決,,那么無論使用多好的固態(tài)硬碟(SSD),,多好的運算負荷卸載(Offload)網(wǎng)卡,則都有其限,,因為硬碟,、網(wǎng)路均在記憶體之下,看來產(chǎn)業(yè)只能期許這個延宕多年的問題能早日解決,。

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