Hvað er Scratchpad Memory?

Gagnaaðgangur er mikilvægur hluti af CPU hönnun. Örgjörvar starfa á mjög miklum hraða, vinna margar leiðbeiningar í hverri klukkulotu og þurfa því aðgang að miklum gögnum. Mikill meirihluti þeirra gagna er geymdur á geymslumiðlinum. Geymslutæki eru hins vegar ómögulega hæg miðað við örgjörva. Geymslutæki eru einnig umtalsvert betri í raðlestri en þau eru í handahófskenndri lestri, þó að SSD-diskar bjóði upp á umtalsverða framför í þessu sambandi (og mörgum öðrum) yfir HDD.

Kerfisminni er hannað til að vera hlaðið með öllum gögnum sem CPU gæti þurft fyrir þann hugbúnað sem er í gangi. RAM hefur umtalsvert lægri leynd en geymsla, það er einnig sérstaklega sniðið til að hafa mikla afköst af handahófi. Samt, eins mikið og nútíma vinnsluminni er hratt, þá er það samt ekkert miðað við örgjörvann með töf af stærðargráðunni 400 klukkulotur.

Til að draga enn frekar úr leyndinni eru flestir nútíma örgjörvar með stig af skyndiminni. Venjulega er vísað til þessara sem L1, L2 og L3 skyndiminni. L1 er mjög mikill hraði og tekur venjulega 5 klukkulotur til að fá aðgang að. L2 er aðeins hægari, í stærðargráðunni 20 lotur. L3 er enn hægari enn í kringum 200 lotur. Þó að L1 sé ótrúlega hraður, þá er hann líka pínulítill. Mikið af hraða þess kemur frá því að smærri skyndiminni tekur styttri tíma að leita. L2 er stærri en L1 en minni en L3 sem er enn minni en kerfisvinnsluminni. Það er mikilvægt að jafna stærð þessara skyndiminni vel til að fá afkastamikinn örgjörva. Hlutföll skyndiminnis eru mikilvæg, en þú þarft að jafna fjölda högga við hversu langan tíma það tekur að ná því höggi, þar af leiðandi stigin.

Klóspjald minni

Athugaðu að klóra minni passar ekki í hefðbundið minni stigveldi. Það er vegna þess að það er ekki notað í flestum örgjörvum neytenda. Klóminni er hannað til að nota eins og skrafi væri í raunveruleikanum. Þú skráir niður tímabundnar upplýsingar sem þú þarft að muna en þarft ekki að skrá í raun. Mikið af þeim tíma sem örgjörvi vinnur úr gögnum og þarf þá niðurstöðuna aftur strax. Það getur afritað það í minni, en til að geta nálgast það fljótt ætti það einnig að geyma það í skyndiminni.

Skrapaminni fyllir í rauninni sama skarð og L1 skyndiminni. Það er aðgengilegt eins hratt og mögulegt er, oft í eins tölustafa lotu. Til að stjórna þessu er það líka tiltölulega lítið. Það eru þó tveir lykilmunir á L1 og skrafi minni. Í fyrsta lagi er klóraminni beint aðgengilegt. Í öðru lagi er því deilt á milli allra kjarna og örgjörva.

Mismunur á skyndiminni og skrafi

CPU skyndiminni er í meginatriðum gagnsætt fyrir CPU, það getur ekki vísvitandi sett gögn þar og ekki er hægt að forrita innihald þess. Þess í stað biður örgjörvinn bara um gögn úr vinnsluminni og kemur þeim aftur hraðar, stundum verulega hraðar en hann gæti búist við. Með því að leyfa að skrafi sé aðgengilegt þýðir það að kóði getur tilgreint nákvæmlega hvaða gögn eiga að vera í skrafi. Þetta getur verið gagnlegt, þó að nútíma skyndiminni reiknirit séu frábær þar sem búist er við högghlutfalli upp á 95-97% í venjulegu vinnuálagi.

L1 skyndiminni er alltaf læst við einstakan vinnslukjarna. Enginn annar vinnslukjarni hefur aðgang að því. Þetta þýðir að ef margir kjarna þurfa sömu gögnin geta þeir afritað þau í viðkomandi L1 skyndiminni. Í sumum CPU arkitektúrum er L2 á kjarna, í öðrum er hann deilt með litlum fjölda eða jafnvel öllum kjarna. L3 hefur tilhneigingu til að deila með öllum kjarna. Að deila skyndiminni á milli kjarna gerir tveimur eða fleiri kjarna kleift að fá aðgang að sömu gögnunum án þess að afrita þau. Það gerir líka einum kjarna kleift að nýta meira en sanngjarnan hlut sinn þegar hann hefur þörfina og skyndiminni hefur plássið.

Scratchpad virkar svipað og L1 hvað varðar hraða og getu, en það er deilt á milli allra kjarna. Þetta gerir mjög hratt aðgengi að tilteknum gögnum sem unnið er með í margþráðu vinnuálagi. Skrapaminni er jafnvel hægt að deila á milli mismunandi örgjörva á multi-socket móðurborðum.

Einn ókostur sem klóra minni hefur er að það gæti verið treyst of mikið á það. Með því að geta nálgast það beint getur hugbúnaður reitt sig á tilvist hans í ákveðnu magni. Í þessu tilviki væri það þá ófært um að keyra á örgjörva án þess að vera með svona mikið klifaminni. Skyndiminni þjást einfaldlega ekki af þessu vandamáli og henta því betur til almennrar notkunar.

Notkunartilvik

Skrapaminni er oftast að finna í netþjónskerfum með mörgum innstungum sem eru hönnuð fyrir HPC (High-Performance Computing). Þar gerir samsetning þess af hraða og sameiginlegum aðgangi það gagnlegt fyrir mjög samhliða vinnuálag.

Skrapaminni sér einnig notkun í miklu minni örgjörvum. Innbyggðir örgjörvar, oft MPSoCs. Innbyggður örgjörvi er oft tiltölulega lítill afli og sérhæfður fyrir ákveðið verkefni. Þessi sérhæfing kemur oft fram í hagræðingu vélbúnaðar. Sérstaklega í fjölvinnslukerfi á flís getur sameiginlegt háhraðaminni veitt umtalsverðar endurbætur á leynd fyrir marga mismunandi örgjörva. Þessar tegundir örgjörva eru oft mjög fastir í hönnun. Leikjatölvur sjá til dæmis nú þegar mikið af hagræðingu fyrir vélbúnaðarhönnun og geta því nýtt sér slíka eiginleika vel án þess að þurfa að hafa áhyggjur af samhæfni til baka eða áfram.

Niðurstaða

Skrapaminni er svipað og L1 skyndiminni en hefur fjölda muna sem breytir notkunartilvikum þess. Í stað þess að vera skyndiminni er það beint aðgengilegt og gerir það kleift að úthluta gögnum sérstaklega á sérstaklega háhraðaminni. Það er einnig deilt á milli allra örgjörvakjarna og örgjörva, sem gerir það sérstaklega gagnlegt í mjög margþráðu vinnuálagi.