Хибридната памет Gain Cell може значително да подобри плътността на кеша L2 и L3 при CPU и GPU

SRAM достига своите граници по отношение на плътността на съхранение; хибридната памет с допълнителни клетки може да промени това.

Изследовател от Станфордския университет проучва нова технология, която може драстично да подобри производителността на вътрешните кешове в съвременните централни и графични процесори. Тази технология е известна като Hybrid gain cell memory която съчетава характеристиките на SRAM и DRAM, за да увеличи преди всичко плътността на паметта.

Според водещия експерт на изследователския екип, професорът по електроинженерство в Станфорд Филип Уонг, съществува „проблем със стените на паметта“ при вградения кеш на графичния процесор, базиран на SRAM, който трябва да бъде зареждан с данни от сравнително бавната DRAM. Този преход отнема твърде много време и електрическа енергия.

Проблемите с капацитета на паметта също се превръщат в ограничаващ фактор при SRAM. Счита се, че SRAM заема доста голяма площ в съвременните чипове, тъй като за съхраняването на един бит са необходими четири транзистора, а за управлението на достъпа до клетката – още два. За разлика от тях DRAM изисква само един транзистор и някои допълнителни компоненти за извършване на същото нещо. Въпреки това DRAM също има проблеми, като например необходимостта от постоянно обновяване на данните, съхранявани във всеки чип.

Технологията на хибридните междинни клетки има за цел да осигури най-доброто от двете технологии в едно общо решение. Основното предимство на тези клетки е вграждането на отделни транзистори за четене и запис за съхраняване на данните, като се премахва изискването за допълнителен кондензатор, от който се нуждае DRAM, за да функционира.

Технологията на изследователския екип на Уонг използва хибридна GAN клетка с два различни транзистора, произведени от различни материали. За транзистора за запис се използва индиево-калаен оксид с отлагане на атомен слой (ALD ITO), а за транзистора за четене – силициев металооксид-полупроводник с P-канал (Si PMOS). Това е по-ефективно решение от два транзистора, базирани на силициев оксид, за които се счита, че са с твърде бавно четене на данните.

По време на тестовете новата памет успя да запази данните в продължение на над един час. И още данните се прочитат с до 50 пъти по-бързо от стандартната DRAM оперативна памет, като времето за достъп е в рамките на от 1 до 10 ns,

Независимо от това, най-важната характеристика на новата памет е нейният по-висок капацитет за съхранение на информацията, което е много важно за кешовете от ниско ниво. По-големите кешове водят до по-малко време за прехвърляне на данните от системната DRAM памет към CPU и GPU, което повишава производителността и латентността. Това е принципът, който стои в основата на технологията 3D V-Cache на AMD.