Tại sao thời gian truy cập RAM (bất kỳ loại) giảm chậm như vậy?

Bài viết này cho thấy DDR4 SDRAM có băng thông DDR1 SDRAM băng thông rộng hơn khoảng 8 lần. Nhưng thời gian từ khi đặt địa chỉ cột đến khi dữ liệu khả dụng chỉ giảm 10% (13,5ns). Một tìm kiếm nhanh cho thấy thời gian truy cập của async nhanh nhất. SRAM (18 tuổi) là 7ns. Tại sao thời gian truy cập SDRAM giảm chậm như vậy? Là lý do kinh tế, công nghệ, hoặc cơ bản?

Đó là bởi vì việc tăng băng thông của DRAM dễ dàng và rẻ hơn so với việc giảm độ trễ. Để có được dữ liệu từ một hàng ram mở, một khối lượng công việc không hề nhỏ là cần thiết.

Địa chỉ cột cần được giải mã, các mux chọn dòng cần truy cập cần được điều khiển và dữ liệu cần di chuyển qua chip đến bộ đệm đầu ra. Điều này cần một chút thời gian, đặc biệt là các chip SDRAM được sản xuất theo quy trình phù hợp với mật độ ram cao và tốc độ logic không cao. Để tăng băng thông bằng cách sử dụng DDR (1,2,3 hoặc 4), hầu hết logic có thể được mở rộng hoặc đường ống và có thể hoạt động ở cùng tốc độ như ở thế hệ trước. Điều duy nhất cần phải nhanh hơn là trình điều khiển I / O cho các chân DDR.

Ngược lại, để giảm độ trễ, toàn bộ thao tác cần được tăng tốc, khó hơn nhiều. Nhiều khả năng, các bộ phận của ram sẽ cần phải được thực hiện trên một quy trình tương tự như đối với CPU tốc độ cao, làm tăng đáng kể chi phí (quy trình tốc độ cao đắt hơn, cộng với mỗi chip cần trải qua 2 quy trình khác nhau).

Nếu bạn so sánh bộ nhớ CPU với RAM và ổ cứng / SSD, sẽ có mối quan hệ nghịch đảo giữa dung lượng lưu trữ lớn và dung lượng lưu trữ nhanh. Một L1 $ rất nhanh, nhưng chỉ có thể chứa từ 32 đến 256kB dữ liệu. Lý do nó nhanh như vậy là vì nó nhỏ:

• Nó có thể được đặt rất gần với CPU bằng cách sử dụng nó, có nghĩa là dữ liệu phải di chuyển một quãng đường ngắn hơn để đến được nó
• Các dây trên nó có thể được làm ngắn hơn, một lần nữa có nghĩa là mất ít thời gian hơn để dữ liệu truyền qua nó
• Nó không chiếm nhiều diện tích hoặc nhiều bóng bán dẫn, do đó, làm cho nó ở quy trình tối ưu hóa tốc độ và sử dụng nhiều năng lượng trên mỗi bit được lưu trữ không phải là quá đắt

Khi bạn di chuyển lên cấu trúc phân cấp, mỗi tùy chọn lưu trữ sẽ có dung lượng lớn hơn, nhưng cũng có diện tích lớn hơn và cách xa thiết bị sử dụng nó, nghĩa là thiết bị phải chậm hơn.

C_Elegans cung cấp một phần của câu trả lời - thật khó để giảm độ trễ chung của một chu kỳ bộ nhớ.

Một phần khác của câu trả lời là trong các hệ thống bộ nhớ phân cấp hiện đại (nhiều cấp bộ nhớ đệm), băng thông bộ nhớ có ảnh hưởng mạnh hơn nhiều đến hiệu năng hệ thống tổng thể so với độ trễ của bộ nhớ , và đó là nơi tập trung tất cả các nỗ lực phát triển mới nhất.

Điều này đúng trong cả điện toán chung, trong đó nhiều tiến trình / luồng đang chạy song song, cũng như các hệ thống nhúng. Ví dụ, trong công việc video HD mà tôi làm, tôi không quan tâm đến độ trễ theo thứ tự mili giây, nhưng tôi cần nhiều gigabyte / giây băng thông.

Tôi không có nhiều hiểu biết, nhưng tôi hy vọng nó là một chút của tất cả.

Thuộc kinh tế

Đối với phần lớn máy tính / điện thoại, tốc độ là quá đủ. Để lưu trữ dữ liệu nhanh hơn, SSD đã được phát triển. Mọi người có thể sử dụng video / âm nhạc và các tác vụ chuyên sâu tốc độ khác trong (gần như) thời gian thực. Vì vậy, không cần quá nhiều tốc độ (ngoại trừ các ứng dụng cụ thể như dự báo thời tiết, v.v.).

Một lý do khác là để xử lý tốc độ RAM rất cao, CPU cần thiết rất nhanh. Và điều này đi kèm với rất nhiều sử dụng năng lượng. Vì xu hướng sử dụng chúng trong các thiết bị pin (như điện thoại di động), ngăn chặn việc sử dụng RAM rất nhanh (và CPU), do đó làm cho nó cũng không hữu ích về mặt kinh tế để tạo ra chúng.

Kỹ thuật

Bằng cách giảm kích thước của chip / IC (mức độ bây giờ), tốc độ tăng lên, nhưng không đáng kể. Nó thường được sử dụng để tăng dung lượng RAM, điều này cần thiết hơn (cũng là một lý do kinh tế).

Cơ bản

Ví dụ (cả hai đều là mạch): cách dễ nhất để có thêm tốc độ (được sử dụng bởi SSD), là chỉ cần truyền tải trên nhiều thành phần, theo cách này, tốc độ 'xử lý' cũng tăng lên. So sánh sử dụng 8 thanh USB đọc cùng một lúc và kết hợp các kết quả, thay vì đọc dữ liệu từ 1 thanh USB sau nhau (mất 8 lần thời gian).