Mis on märkmiku mälu?

Juurdepääs andmetele on CPU disaini oluline osa. Protsessorid töötavad äärmiselt suurel kiirusel, töödeldes iga kellatsükli jooksul mitut käsku ja seega vajavad juurdepääsu suurele hulgale andmetele. Valdav osa neist andmetest on salvestatud andmekandjale. Salvestusseadmed on aga protsessoriga võrreldes võimatult aeglased. Salvestusseadmed on ka järjestikusel lugemisel oluliselt paremad kui juhuslikul lugemisel, kuigi SSD-d pakuvad selles (ja paljudes teistes) osas kõvaketastega võrreldes märkimisväärset edu.

Süsteemi RAM on loodud laadima kõiki andmeid, mida CPU võib praegu töötava tarkvara jaoks vajada. RAM-il on oluliselt väiksem latentsusaeg kui salvestusel, samuti on see spetsiaalselt kohandatud suure juhusliku lugemise jõudlusega. Siiski, nii palju kui kaasaegne RAM on kiire, pole see ikkagi midagi võrreldes protsessoriga, mille latentsusaeg on suurusjärgus 400 taktisagedust.

Latentsusaja edasiseks vähendamiseks sisaldavad enamik kaasaegseid protsessoreid vahemälu tasemeid. Tavaliselt nimetatakse neid L1, L2 ja L3 vahemäludeks. L1 on tõesti kiire, tavaliselt kulub ligipääsuks 5 taktitsüklit. L2 on veidi aeglasem, suurusjärgus 20 tsüklit. L3 on veelgi aeglasem, umbes 200 tsükliga. Kuigi L1 on uskumatult kiire, on see ka väike. Suur osa selle kiirusest tuleneb asjaolust, et väiksemate vahemälude otsimiseks kulub vähem aega. L2 on suurem kui L1, kuid väiksem kui L3, mis on siiski väiksem kui süsteemi RAM. Nende vahemälude suuruse hea tasakaalustamine on suure jõudlusega protsessori saamiseks ülioluline. Vahemälu tabamussuhted on olulised, kuid peate tasakaalustama tabamuste arvu selle tabamuse saamiseks kuluva aja ja seega ka tasemete vahel.

Scratchpad mälu

Pange tähele, et märkmiku mälu ei mahu traditsioonilisse mäluhierarhiasse. Selle põhjuseks on asjaolu, et seda ei kasutata enamikus tarbijaprotsessorites. Scratchpad mälu on loodud kasutamiseks nii, nagu seda päriselus kasutataks. Märkige üles ajutine teave, mida peate meeles pidama, kuid mida ei pea tegelikult ära viima. Suure osa ajast töötleb protsessor andmeid ja vajab seejärel seda tulemust kohe uuesti. See võib selle mällu kopeerida, kuid kiireks juurdepääsuks peaks see hoidma seda ka vahemälus.

Scratchpad mälu täidab sisuliselt sama tühimiku kui L1 vahemälu. See on juurdepääsetav nii kiiresti kui võimalik, sageli ühekohaliste tsüklite arvudena. Selle haldamiseks on see ka suhteliselt väike. L1 ja märkmikumälu vahel on siiski kaks peamist erinevust. Esiteks on märkmiku mälu otse adresseeritav. Teiseks jagatakse seda kõigi tuumade ja protsessorite vahel.

Vahemälu ja märkmiku erinevused

Protsessori vahemälu on CPU-le sisuliselt läbipaistev, sinna ei saa meelega andmeid panna ja selle sisu ei saa programmeerida. Selle asemel küsib protsessor lihtsalt andmeid RAM-ist ja saab need kiiremini tagasi, mõnikord oluliselt kiiremini, kui võiks oodata. Märkmiku adresseerimise lubamine tähendab, et kood saab täpselt määrata, millised andmed peaksid märkmikus olema. See võib olla kasulik, kuigi tänapäevased vahemällu salvestamise algoritmid on suurepärased, standardse töökoormuse korral on oodata 95–97% tabamust.

L1 vahemälu on alati lukustatud üksikule töötlemistuumale. Ükski teine ​​töötlemistuum ei pääse sellele juurde. See tähendab, et kui mitu südamikku vajavad samu andmeid, võivad nad neid oma L1 vahemälus dubleerida. Mõnes CPU arhitektuuris on L2 tuuma kohta, teistes jagab seda väike arv või isegi kõik tuumad. L3 kipub jagama kõik tuumad. Vahemälu jagamine tuumade vahel võimaldab kahel või enamal tuumal pääseda juurde samadele andmetele ilma neid dubleerimata. Samuti võimaldab see ühel tuumal kasutada oma õiglasest osast rohkem, kui tal on vajadus ja vahemälus on ruumi.

Scratchpad toimib kiiruse ja mahu poolest sarnaselt L1-ga, kuid see on jagatud kõigi tuumade vahel. See võimaldab väga kiiret juurdepääsu konkreetsetele andmetele, millega mitmelõimelise töökoormuse korral toimitakse. Scratchpadi mälu saab jagada isegi mitme pistikupesaga emaplaatide erinevate CPU-de vahel.

Üks kriimustusplaadi mälu puudus on see, et sellele võib liiga palju tugineda. Sellele otse juurde pääsedes võib tarkvara teatud kogustes tugineda selle olemasolule. Sel juhul ei töötaks see protsessorites ilma nii palju märkimisplaadi mäluta. Vahemälutasemed lihtsalt ei kannata selle probleemi all ja sobivad seega paremini üldotstarbeliseks kasutamiseks.

Kasutusjuhtumid

Scratchpad mälu leidub kõige sagedamini mitme pesaga serverisüsteemides, mis on loodud HPC (High-Performance Computing) jaoks. Seal muudab selle kiiruse ja jagatud juurdepääsu kombinatsioon kasulikuks väga paralleelsete töökoormuste jaoks.

Scratchpadi mälu kasutatakse ka palju väiksemates protsessorites. Sisseehitatud protsessorid, sageli MPSoC-d. Sisseehitatud protsessor on sageli suhteliselt väikese võimsusega ja spetsiaalse ülesande jaoks spetsialiseerunud. See spetsialiseerumine on sageli esindatud riistvara optimeerimises. Eriti kiibil asuvas mitme protsessoriga süsteemis võib jagatud kiire mälu pakkuda märkimisväärset latentsusaega mitme erineva protsessori jaoks. Seda tüüpi CPU-de disain on sageli väga fikseeritud. Näiteks mängukonsoolidel on riistvaradisaini jaoks juba palju optimeeritud ja seega saab neid funktsioone hästi ära kasutada, ilma et peaks muretsema tagasi- või edasiühilduvuse pärast.

Järeldus

Scratchpad mälu sarnaneb L1 vahemäluga, kuid sellel on mitmeid erinevusi, mis muudavad selle kasutusjuhtumeid. Vahemälu asemel on see otse adresseeritav, võimaldades andmeid konkreetselt määrata eriti kiirele mälule. See on jagatud ka kõigi protsessorituumade ja protsessorite vahel, muutes selle eriti kasulikuks suure mitmelõimega töökoormuse korral.