Nouvelle technologie révolutionnaire pour améliorer la mémoire cache des CPU et GPU

Une recherche de l’Université de Stanford se penche sur une technologie qui pourrait grandement améliorer les performances des caches internes des CPU et des GPU modernes. Cette technologie, appelée mémoire cellulaire hybride (Blocks and Files rapporte), combine des caractéristiques de la SRAM et de la DRAM pour augmenter principalement la densité de stockage.

La problématique de la mémoire

Le professeur Philip Wong, de l’Université de Stanford, fait part d’un “problème de mur de mémoire” avec les caches basés sur la SRAM des GPU, qui doivent être chargés de données provenant de la DRAM plus lente. Cette transition prendrait trop de temps et d’énergie électrique, conduisant ainsi à une recherche d’une alternative à la SRAM traditionnelle aux performances améliorées.

La capacité pose également problème avec la SRAM. Celle-ci occupe une grande superficie sur les puces modernes, nécessitant quatre transistors pour stocker un bit et deux pour contrôler l’accès à la cellule. En revanche, la DRAM nécessite seulement un transistor et quelques composants supplémentaires pour effectuer la même opération, bien qu’elle doive constamment rafraîchir les données stockées.

La technologie de la mémoire hybride gain cell

La technologie de la mémoire gain cell hybride vise à combiner le meilleur des deux technologies en une seule solution. L’attribut principal de la cellule de gain est son intégration de transistors de lecture et d’écriture séparés pour le stockage des données, éliminant le besoin d’un condensateur supplémentaire, comme la DRAM en a besoin pour fonctionner.

L’équipe de recherche de l’Université de Stanford utilise une cellule de gain hybride avec deux transistors fabriqués avec des matériaux différents. L’oxyde d’indium-étain en dépôt par couches atomiques (ALD ITO) est utilisé pour le transistor d’écriture, tandis qu’un MOSFET en silicium de canal P (Si PMOS) est utilisé pour le transistor de lecture.

Performances et perspectives

L’équipe de recherche de Stanford a découvert d’excellentes caractéristiques de performances avec la technologie de la cellule de gain hybride. Dans les tests, un appareil alimenté par un gain cellulaire pouvait stocker des données pendant plus d’une heure, bien mieux que ce que peut faire la DRAM qui doit être rafraîchie toutes les 64ms. Les données pouvaient également être lues jusqu’à 50 fois plus vite que la DRAM à partir d’une cellule de gain transistor OS-OS avec un temps d’accès de 1 à 10ns.

Cependant, cela ne se traduit pas nécessairement par de meilleures performances réelles. La technologie de gain cellulaire de l’équipe peut être plus lente que la SRAM dans certains aspects de performance, notamment pour les configurations de gain cellulaire avec une densité de données plus élevée que la SRAM.

Une capacité accrue pour des caches plus performants

Néanmoins, la caractéristique la plus cruciale de la mémoire gain cellulaire est son plafond de capacité de stockage plus élevé, ce qui est crucial pour les caches de bas niveau. Des caches plus grands permettent au CPU ou au GPU de transférer moins de données de la DRAM système, améliorant ainsi les performances et la latence. C’est le principe sous-jacent derrière la technologie 3D V-Cache d’AMD.

La technologie de gain cellulaire de l’équipe pourrait être utilisée dans les futurs CPU et GPU, augmentant potentiellement les capacités des caches de bas niveau au-delà de ce que l’on voit actuellement. Rien n’empêche non plus Intel ou AMD d’utiliser des variantes 3D de cette technologie pour augmenter encore plus les capacités des caches actuels basés sur la 3D.

Source : www.tomshardware.com