Teknologi Memori dan DRAM

Teknologi memori adalah perangkat fisik yang menyimpan data pada tingkat memori utama — terutama RAM dinamis (DRAM) untuk kapasitas dan RAM statis (SRAM) untuk kecepatan — yang waktu, bandwidth, dan organisasinya menentukan batas kinerja hierarki memori.

Definition

Teknologi memori adalah semikonduktor dan perangkat terkait yang digunakan untuk mengimplementasikan memori komputer, yang paling penting adalah DRAM, yang menyimpan setiap bit sebagai muatan pada kapasitor dan harus disegarkan secara berkala, dan SRAM, yang menyimpan bit dalam kait untuk penyimpanan yang lebih cepat tetapi kurang padat.

Scope

Topik ini mencakup teknologi perangkat di balik memori: sel SRAM yang digunakan dalam cache, sel DRAM dan kebutuhannya akan penyegaran, organisasi DRAM ke dalam bank, baris, dan kolom, parameter waktu dan standar (seperti keluarga DDR), bandwidth dan saluran memori, serta memori non-volatil yang sedang berkembang. Ini tidak termasuk manajemen memori tingkat cache dan OS (organisasi dan kebijakan cache, memori virtual dan paging) dan perangkat penyimpanan sekunder persisten (perangkat penyimpanan sekunder).

Core questions

• Bagaimana sel SRAM dan DRAM berbeda dalam kecepatan, kepadatan, biaya, dan daya?
• Mengapa DRAM harus disegarkan, dan bagaimana ia diatur ke dalam bank, baris, dan kolom?
• Parameter waktu dan standar apa yang mengatur akses dan bandwidth DRAM?
• Bagaimana memori non-volatil yang sedang berkembang masuk ke dalam hierarki memori?

Key concepts

• sel SRAM
• sel DRAM dan penyegaran
• bank, baris, dan kolom
• aktivasi baris dan pra-pengisian
• standar memori DDR
• bandwidth dan saluran memori
• latensi memori
• memori non-volatil

Mechanisms

Sel SRAM menyimpan bit dalam kait kecil, memberikan akses cepat tetapi kepadatan rendah. Sel DRAM menyimpan bit sebagai muatan pada kapasitor kecil, yang bocor dan harus disegarkan secara berkala. Chip DRAM diatur ke dalam bank-bank baris dan kolom; sebuah akses mengaktifkan baris ke dalam buffer penguat-rasa, kemudian membaca atau menulis kolom darinya. Antarmuka double-data-rate (DDR) dan beberapa saluran meningkatkan bandwidth, sementara latensi ditentukan oleh waktu aktivasi baris dan akses kolom.

Clinical relevance

Karena prosesor jauh melampaui memori, karakteristik DRAM — latensi, bandwidth, dan biaya aktivasi baris — secara langsung membentuk kinerja sistem dan memotivasi seluruh hierarki cache. Properti DRAM juga menimbulkan masalah keandalan dan keamanan, seperti efek gangguan Rowhammer, dan memori non-volatil yang sedang berkembang membentuk kembali cara sistem menggabungkan memori dan penyimpanan.

History

Robert Dennard menemukan sel DRAM satu-transistor di IBM pada tahun 1966–1968, dan DRAM menjadi teknologi memori utama yang dominan. Standar sinkron dan double-data-rate (DDR) berturut-turut meningkatkan bandwidth selama beberapa dekade, sementara SRAM tetap menjadi teknologi cache on-chip. Memori non-volatil dan bertumpuk kemudian muncul untuk mengatasi kapasitas dan batas memori persisten.

Key figures

• Robert Dennard
• John L. Hennessy
• David A. Patterson
• Bruce Jacob

Seminal works

• hennessy2019
• jacob2008

Frequently asked questions

Mengapa DRAM perlu disegarkan tetapi SRAM tidak?

DRAM menyimpan setiap bit sebagai muatan pada kapasitor, yang perlahan-lahan bocor, sehingga isinya harus dibaca dan ditulis ulang secara berkala (disegarkan) untuk menghindari kehilangan. SRAM menyimpan setiap bit dalam kait yang mempertahankan keadaannya selama daya disuplai, sehingga tidak memerlukan penyegaran.

Mengapa SRAM digunakan untuk cache dan DRAM untuk memori utama?

SRAM jauh lebih cepat tetapi lebih besar per bit dan lebih mahal, membuatnya ideal untuk cache kecil yang kritis kecepatan. DRAM lebih padat dan lebih murah per bit tetapi lebih lambat, membuatnya cocok untuk memori utama yang besar di mana kapasitas lebih penting daripada latensi mentah.