Hybrid Memory Cube: architettura 3D per DRAM ad alte prestazioni

Di - 11 March 2014 - in
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Uno dei problemi legati alla rapidissima evoluzione dei transistor è il cosiddetto Memory Wall. Si parla di Memory Wall per riferirsi al gap di velocità progressiva tra le CPU e le DRAM. Ragione principale di questa disparità è l’ampiezza di banda limitata al di fuori dei limiti dei chip. Si calcola che l’incremento annuo di velocità per questi due componenti, dal 1986 al 2000, è stato pari al 55% per le CPU e del 10% per le RAM. Questo problema viene talvolta definito “collo di bottiglia di Von Neuman” che si riferisce proprio allo scarso data transfer rate tra la CPU e la RAM rispetto al totale della disponibilità di memoria.
Al fine di risolvere questo problema, si stanno tentando approcci diversi che riguardano nuove architetture e materiali per la costruzione di DRAM di nuova generazione.

Uno di questi approcci mi è parso particolarmente interessante ed elegante. Si tratta di Hybrid Memory Cube, sforzo sostenuto dall’omonimo consorzio di diverse aziende tra cui Micron Technology, Samsung, Altera, IBM, ARM e diversi altri.

La tecnologia Hybrid Memory Cube è un tipo di architettura 3D che prevede una stack di memoria multipli ed uno stack logico assemblati insieme attraverso la tecnica, tipica dell’industria dei semiconduttori, del through-silicon via (vertical interconnect access), dove la connessione elettrica passa attraverso il wafer di silicio. Si tratta di una tecnica di produzione che permette prestazioni più elevate grazie ad una maggiore densità delle connessioni elettriche e alla minore lunghezza delle stesse.

All’interno di ciascun Hybrid Memory Cube la memoria è organizzata in cosiddetti vault. Ogni vault di memoria è operativamente e funzionalmente indipendente dagli altri vault. Ogni vault è quindi dotato di specifico controller di memoria situato all’interno dell’unità logica. Questo controller si occupa di tutte le operazioni, come il timing, il refresh, ecc.., in modo indipendente per ciascun vault. Ogni vault può gestire le chiamate sia secondo uno specifico ordine, sia secondo le necessità reali di sistema; un approccio che risulta in un aumento dell’efficienza del banco di memoria.

Il concetto di Vault

Il consorzio Hybrid Memory Cube dichiara che questo nuovo tipo di architettura può fornire prestazioni 15 volte migliori di quelle di un modulo DDR3. Recentemente è stato rilasciato un modulo Hybrid Memory Cube, versione 2.0, capace di supportare una velocità di banda di 480GB/sec, tre volte in più rispetto all’iterazione 1.0 della tecnologia. Il design denso e compatto inoltre, permette un’elevata efficienza architetturale e prestazionale, con un risparmio di energia per bit pari al 70% in meno rispetto ad un modulo DDR3.

Come tutte le tecnologie innovative, anche HMC risulta incompatibile con lo standard in essere, ovvero il DDRn. Per questo motivo, il tasso di adozione di questa tecnologia rientra nell’ambito delle scommesse industriali e di mercato. Certo è che se le promesse dovessero essere mantenute e lo standard HMC adottato, potremmo veder nascere una serie di nuovi dispositivi, GPU in primis, capaci di prestazioni del tutto inedite.

Fonti | Specifica di Hyper Memory Cube, Consorzio Hyper Memory Cube, Wikipedia

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Gabriele Visconti Articolo scritto da

Editor in Chief per Engeene. Appassionato di Linux, FOSS, videogame e, da poco, di cucina. Parla quattro lingue ed ama leggere libri in lingua inglese.

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