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存储器撞墙效应谁来解?

2014-12-16

     电脑系统的效能精进,在近年来遭遇一些问题,例如处理器的时脉撞墙(Clock Wall)问题,即运作时脉难以超越4GHz,2011年第4季Intel推出第二代的Core i7处理器达3.9GHz,至今Intel所有的处理器均未超过3.9GHz。

  时脉撞墙逼迫Intel放弃过往惯用的时脉提升加速法,取而代之是以增加处理器的核数来提升效能,事实上早于2005年即提出双核构想(仿效2000年IBM提出的POWER4),2006年Intel跟进推出Core Duo,此后x86 CPU的效能提升,即是在时脉与核数及功耗间求取平衡。

  另一个问题是记忆体撞墙(Memory Wall),事实上这个问题比时脉撞墙问题严重,且发生的时间更早。根据统计,1986年到2000年间,处理器的效能每年以55%的幅度在成长,但相对的,记忆体仅有每年10%的速度增长。

  很明显的,记忆体逐渐成为整体电脑系统效能中的“瓶颈”,为此Intel多次运用晶片组市占率,引领与逼迫并用地让电脑记忆体产业升级,先是自最传统的FPM RAM升级成EDO RAM,而后升级成

  但Intel期望产业自升级成RDRAM时,RDRAM的发展却不如预期,且Intel支援RDRAM的i820晶片组发生瑕疵,迫使Intel放弃RDRAM,回归大宗主流的,而后随JEDEC组织的制订进入DDR SDRAM(原有的SDRAM则为区别,称为SDR SDRAM)。不仅Intel失败,相近时间NEC也曾提出VC RAM(Virtual Channel,虚拟通道),期望改善记忆体的存取效能,但也未能获得市场认同。

   数年后Intel再次尝试突破现状,记取RDRAM技术变革过大且独家主导等缺点,2005年Intel提出FB- DIMM(Full Buffered Dual In Line Memory Module),在不改变原有DRAM产业的情况下,透过 AMB(Advanced Memory Buffer,先进记忆体缓冲器)晶片来加速传输,并将FB-DIMM标准提交,2006年获得JEDEC组织 认可,以利推行。但到了2011年,Intel、等均放弃使用FB-DIMM,再一次失败。

  从RDRAM到FB-DIMM,已接近十年时间,即记忆体撞墙效应问题一直未明显纾解,只能采渐进方式维持,如从DDR2 SDRAM升级成DDR3 SDRAM,而后将进入DDR4 SDRAM,但世代之别大体只在运作电压的降低、制程的精进,其实变化不大。

  为了解决问题,2011年Micron提出Hybrid Memory Cube技术,简称HMC。Micron宣称HMC比DDR3 SDRAM快上15倍,并为此发起成立Hybrid Memory Cube Consortium组织,与其他业者共同推行。

   HMC主要是运用3D IC的TSV(Through-Silicon Via,矽穿孔)技术,将4至8个现有主流大宗的DDR3 SDRAM裸晶连 接,并共同封装,并在封装内由一片逻辑裸晶(Logic Die)担任记忆体控制器的角色,统筹与多个DDR SDRAM裸晶的存取沟通,以此加速。

  虽然2011年提出HMC技术、2012年发起HMCC组织,但HMC标准化的技术规格至2013年才提出,在历经1.0版、1.1版后,于2014年提出2.0版,2.0版将传输率自15Gbps倍增至30Gbps。

  许多业者将改善记忆体撞墙效应的希望寄托在HMC技术上,不过目前为止的推进仍很缓慢,截至目前为止仍未见有采行HMC记忆体的电脑系统,预计2015年才会登场,即便如期登场,从技术到系统也历经4年时间。

   另外,或许有人对HMC技术的推展抱持乐观,因为HMCC组织中,8家关键业者有3家为记忆体大厂,即Micron、Samsung、 SK Hynix。但是,10多年前的RDRAM,也是获得Intel、Samsung、Micron等大厂的入资或换股,最终RDRAM并没有成为新一 代的主流记忆体,因此,对HMC的推行仍难有乐观的理由。

  如果记忆体撞墙效应无法解决,那么无论使用多好的固态硬碟(SSD),多好的运算负荷卸载(Offload)网卡,则都有其限,因为硬碟、网路均在记忆体之下,看来产业只能期许这个延宕多年的问题能早日解决。

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