Što je osvježenje memorije?

I SRAM i DRAM su oblici nepostojane memorije. To znači da im je potrebno napajanje kako bi zadržali podatke koje pohranjuju. Možda ste čuli da se podaci brišu iz RAM-a kada se vaše računalo isključi, ali to nije sasvim točno. Podaci se ne brišu eksplicitno; naboj koji označava binarnu 1 ili 0 u memorijskim ćelijama bježi. Dok se metoda razlikuje, učinak je isti; podaci postaju nedostupni.

Proces bježanja od naboja bitan je za RAM. Toliko je važno da predstavlja razliku između SRAM-a i DRAM-a. Ćelije statičke memorije s izravnim pristupom ( SRAM ) koriste šest tranzistora povezanih kao par unakrsno spregnutih pretvarača. Ova struktura održava svoju napunjenost neograničeno dugo sve dok memorijska ćelija ima napajanje. Stanice dinamičke memorije s izravnim pristupom ( DRAM ) koriste jedan tranzistor koji stalno gubi napunjenost i treba ga redovito osvježavati.

Ova razlika u strukturi također je pogodna za razlike u upotrebi između SRAM-a i DRAM-a. DRAM nudi značajno veću gustoću pohrane, ali zahtijeva kompliciraniji sklop za osvježavanje, iako ovaj učinak nije dovoljan da nadoknadi prednost u gustoći. SRAM je, međutim, brži od DRAM-a. U predmemorijama procesora, SRAM se koristi u malim količinama, dok DRAM osigurava veliki volumen sistemskog RAM-a.

Anatomija osvježenja

Da biste razumjeli kako se DRAM osvježava, korisno je znati kako se čita. DRAM podaci se čitaju u redovima, pri čemu se cijeli red čita odjednom. Da bi se to postiglo, naplaćuje se red riječi. To uzrokuje pražnjenje niza memorijskih ćelija na njihove odgovarajuće bitne linije. Usporedni naponi linija bita dovode se u senzorska pojačala, koja pojačavaju naboj na minimum ili maksimum, ovisno o stanju svake linije bita.

Pojačala osjetila tada se otvaraju i dostupna su za čitanje. Podaci se zatim čitaju iz svakog određenog stupca u memorijsku sabirnicu kako bi se prenijeli u CPU. Nakon što su potrebni podaci očitani iz retka, linija riječi retka i senzorska pojačala se isključuju dok se linije bitova ponovno pune.

Iako je ovo vrlo složeno, možda ste primijetili nešto važno. Proces čitanja prazni memorijske ćelije. Kad bi se ćelija ispraznila, njihovo ponovno čitanje bi dobilo sve 0 i podaci bi bili izgubljeni. Čitanje DRAM-a je destruktivno, ali podaci ostaju u vašem RAM-u kada ih čitate. Nedostaje korak koji objašnjava ovu razliku. Dok su senzorska pojačala zaključana, njihovo stanje se vraća natrag u memorijske ćelije iz kojih čitaju, održavajući niske ćelije niskim i puneći visoke ćelije. To se radi automatski pri svakoj operaciji čitanja i radi se o operaciji osvježavanja.

Operacija osvježavanja radi na istoj osnovi, ali umjesto prijenosa traženih podataka na memorijsku sabirnicu, senzorska pojačala samo ponovno pune memorijske ćelije prije ponovnog isključivanja.

Zašto je potrebno osvježavanje?

Lako je razumjeti zašto je potrebno osvježiti memorijsku ćeliju nakon operacije destruktivnog čitanja. Manje je intuitivno zašto su potrebna druga osvježenja. Nažalost, maleni tranzistori koji se koriste za održavanje naboja svake ćelije nisu savršeni u zadržavanju naboja. Samo iscuri. To se događa prilično brzo. JEDEC standard za trenutne memorijske standarde zahtijeva da se svi redovi u DRAM čipu osvježavaju svakih 64 ms.

Kako bi se spriječio gubitak performansi, proces se izvodi oportunistički svakih 64 ms osvježavajući cijeli DRAM čip u jednoj seriji. Redovi koji su pročitani već su osvježeni, ali dok je DRAM u stanju mirovanja, nepročitani redovi se osvježavaju u pozadini.

Istraživanja su pokazala da DRAM ćelije mogu zadržati svoje podatke 10 sekundi bez osvježavanja. Neki statistički outlieri mogu čak održavati podatke do jedne minute. Nažalost, također dobivate odmetnike u drugom smjeru koji ne mogu zadržati svoj naboj niti na sekundu. Odabran je vrlo konzervativan mjerač vremena ciklusa osvježavanja kako bi se izbjegao gubitak ili oštećenje podataka. Ipak, moderni DRAM dovoljno je brz da osvježavanje svakih 64 ms ne dovodi do značajnog gubitka performansi.

Savjet: Istraživači su otkrili da zadržavanje napunjenosti može značajno varirati između ćelija, čak i u jednom DRAM čipu. Povremeno, dobre stanice iznenada lošije drže svoj naboj, tako da ni vi ne možete pouzdano birati.

Istraživanja su također otkrila da temperatura igra značajnu ulogu u stopi opadanja naboja. Iznad 85 stupnjeva Celzijusa punjenje može oslabiti znatno brže, pa je vrijeme ciklusa osvježavanja prepolovljeno. Suprotno tome, hladni DRAM može dulje održati svoju napunjenost. Ovo je dovoljno poznato da se napadi "hladnog pokretanja" mogu koristiti za pokušaj vraćanja podataka "izgubljenih" gašenjem iz RAM-a njihovim hlađenjem.

Zaključak

DRAM ćelije trebaju redovito osvježavanje za dugoročno pohranjivanje podataka iz dva razloga. Prvo, operacija čitanja je destruktivna. Drugo, naboj tranzistora opada tijekom vremena. Kako bi se spriječio gubitak podataka, pročitani podaci zapisuju se natrag u iste memorijske ćelije, a ćelije koje nisu nedavno čitane redovito se osvježavaju. Postupak osvježavanja općenito je potreban samo svakih nekoliko sekundi. Međutim, svi se redovi osvježavaju na vrlo konzervativnoj vremenskoj skali kako bi se spriječio gubitak podataka iz ćelija koje statistički odstupaju u brzini opadanja naboja.

Bilo bi moguće smanjiti učestalost osvježavanja pomoću temperaturnih senzora i tehnologija za praćenje zadržavanja. To bi uključivalo preferiranje korištenja ćelija koje dobro drže naboj. Time bi se izbjegle, gdje je to moguće, statističke razlike koje zahtijevaju takvo konzervativno podešavanje. Međutim, takve se tehnologije općenito ne koriste jer povećavaju troškove i složenost za rješavanje problema s minimalnim utjecajem na performanse. Podijelite svoje mišljenje u komentarima ispod.