Hvad er en hukommelsesopdatering?

Både SRAM og DRAM er former for flygtig hukommelse. Det betyder, at de har brug for en strømforsyning for at beholde de data, de gemmer. Du har måske hørt om data, der slettes fra RAM, når din computer lukker ned, men det er ikke helt sandt. Dataene slettes ikke eksplicit; ladningen, der angiver et binært 1 eller 0 i hukommelsescellerne, undslipper. Selvom metoden adskiller sig, er effekten den samme; dataene gøres utilgængelige.

Processen med at undslippe ladningen er afgørende for RAM. Det er så vigtigt, at det er den, der skelner mellem SRAM og DRAM. Static Random Access Memory ( SRAM ) celler anvender seks transistorer forbundet som et par krydskoblede invertere. Denne struktur bevarer sin ladning på ubestemt tid, så længe hukommelsescellen har en strømforsyning. Dynamic Random Access Memory ( DRAM ) celler bruger en enkelt transistor, der konstant mister sin ladning og skal opdateres regelmæssigt.

Denne strukturforskel er også egnet til forskellene i brug mellem SRAM og DRAM. DRAM tilbyder betydeligt større lagertæthed, men kræver mere komplicerede opdateringskredsløb, selvom denne effekt ikke er nok til at opveje tæthedsfordelen. SRAM er dog hurtigere end DRAM. I processorcache bruges SRAM i små mængder, mens DRAM giver system-RAM med høj volumen.

En Opfrisknings Anatomi

For at forstå, hvordan DRAM opdateres, er det nyttigt at vide, hvordan det læses. DRAM-data læses i rækker, hvor en hel række læses på én gang. For at gøre det oplades en rækkes ordlinje. Dette får rækken af ​​hukommelsesceller til at aflades til deres respektive bitlinjer. De sammenlignende spændinger af bitlinjerne føres ind i sense-forstærkere, som forstærker ladningen til minimum eller maksimum afhængigt af tilstanden af ​​hver bitlinje.

Senseforstærkerne åbnes derefter og er tilgængelige for aflæsning. Data læses derefter fra hver specificeret kolonne ind i hukommelsesbussen for at blive overført til CPU'en. Når de påkrævede data er blevet læst fra rækken, slukkes rækkens ordlinje og sense-forstærkerne, mens bitlinjerne forlades igen.

Selvom dette er meget komplekst, har du måske bemærket noget vigtigt. Læseprocessen aflader hukommelsescellerne. Når cellen er afladet, ville genlæsning af dem få alle 0'er, dataene ville gå tabt. At læse DRAM er ødelæggende, men dataene forbliver i dit RAM, når du læser det. Der mangler et trin, der forklarer denne uoverensstemmelse. Mens sense-forstærkerne er låst, føres deres tilstand tilbage til de hukommelsesceller, de læser fra, og holder lave celler lave og oplader høje celler. Dette gøres automatisk ved hver læseoperation og er en opdateringsoperation.

En opdateringsoperation fungerer på samme grundlag, men i stedet for at overføre anmodede data til hukommelsesbussen, genoplader sense-forstærkerne kun hukommelsescellerne, før de slukkes igen.

Hvorfor er en opdatering nødvendig?

Det er let at forstå, hvorfor det er nødvendigt at genopfriske en hukommelsescelle efter en destruktiv læseoperation. Det er mindre intuitivt, hvorfor andre opdateringer er nødvendige. Desværre er de små transistorer, der bruges til at opretholde ladningen af ​​hver celle, ikke perfekte til at bevare en ladning. Det siver bare væk. Dette sker ret hurtigt. JEDEC-standarden for nuværende hukommelsesstandarder kræver, at alle rækker i en DRAM-chip opdateres hver 64. ms.

For at forhindre tab af ydeevne udføres processen opportunistisk hver 64 ms, og hele DRAM-chippen opdateres i én batch. Rækker, der læses, er allerede opdateret, men mens DRAM'en er inaktiv, opdateres ulæste rækker i baggrunden.

Forskning har vist, at DRAM-celler kan beholde deres data i 10 sekunder uden at blive opdateret. Nogle statistiske outliers kan endda vedligeholde data i op til et minut. Desværre får du også outliers i den anden retning, der ikke kan holde deres ladning selv et sekund. En meget konservativ opdateringscyklustimer er valgt for at undgå datatab eller korruption. Alligevel er moderne DRAM hurtig nok til, at genopfriskning hver 64 ms ikke medfører et nævneværdigt tab af ydeevne.

Tip: Forskere har fundet ud af, at ladningsretention kan variere betydeligt mellem celler, selv i en enkelt DRAM-chip. Nogle gange bliver gode celler pludselig dårligere til at holde deres ladning, så du kan heller ikke pålideligt cherry-plukke.

Forskning har også fundet ud af, at temperatur spiller en væsentlig rolle i ladningens henfaldshastighed. Opladning over 85 grader Celsius kan henfalde betydeligt hurtigere, så opdateringscyklustiden halveres. Omvendt kan kold DRAM opretholde sin opladning længere. Dette er kendt nok til, at "cold boot"-angreb kan bruges til at forsøge at gendanne data "tabt" ved nedlukning fra RAM ved at afkøle det.

Konklusion

DRAM-celler har brug for regelmæssig opfriskning for at gemme data på lang sigt af to grunde. For det første er læseoperationen destruktiv. For det andet falder transistorens ladning over tid. For at forhindre tab af data skrives læste data tilbage til de samme hukommelsesceller, og celler, der ikke er blevet læst for nylig, opdateres regelmæssigt. Opdateringsprocessen er generelt kun nødvendig med få sekunders mellemrum. Alle rækker bliver dog opdateret på en meget konservativ tidsskala for at forhindre tab af data fra celler, der er statistiske outliers i, hvor hurtigt deres ladning henfalder.

Det ville være muligt at reducere antallet af opdateringer, der er nødvendige med temperatursensorer og teknologier, der bevidstgøres om fastholdelse. Dette ville indebære at foretrække brugen af ​​celler, der er gode til at holde en ladning. Hvis man gør det, vil man, hvor det er muligt, undgå de statistiske outliers, der kræver en sådan konservativ justering. Sådanne teknologier bruges dog ikke generelt, da de tilføjer omkostninger og kompleksitet for at løse et problem med en minimal præstationspåvirkning. Del dine tanker i kommentarerne nedenfor.