Hva er en minneoppdatering?

Både SRAM og DRAM er former for flyktig minne. Dette betyr at de trenger en strømforsyning for å beholde dataene de lagrer. Du har kanskje hørt om data som slettes fra RAM når datamaskinen slår seg av, men dette er ikke helt sant. Dataene er ikke eksplisitt slettet; ladningen som indikerer en binær 1 eller 0 i minnecellene unnslipper. Mens metoden er forskjellig, er effekten den samme; dataene blir gjort utilgjengelige.

Prosessen med å unnslippe ladningen er avgjørende for RAM. Det er så viktig at det er den kjennetegn som skiller SRAM og DRAM. Static Random Access Memory ( SRAM ) celler bruker seks transistorer koblet som et par krysskoblede invertere. Denne strukturen opprettholder ladningen på ubestemt tid så lenge minnecellen har en strømforsyning. Dynamic Random Access Memory ( DRAM )-celler bruker en enkelt transistor som stadig mister ladningen og må oppdateres regelmessig.

Denne strukturforskjellen egner seg også til forskjellene i bruk mellom SRAM og DRAM. DRAM tilbyr betydelig større lagringstetthet, men krever mer kompliserte oppdateringskretser, selv om denne effekten ikke er nok til å oppveie tetthetsfordelen. SRAM er imidlertid raskere enn DRAM. I prosessorcacher brukes SRAM i små mengder, mens DRAM gir system-RAM med høyt volum.

Anatomien til en oppdatering

For å forstå hvordan DRAM oppdateres, er det nyttig å vite hvordan det leses. DRAM-data leses i rader, med en hel rad som leses samtidig. For å gjøre det, belastes en rads ordlinje. Dette får raden med minneceller til å utlades til sine respektive bitlinjer. De komparative spenningene til bitlinjene mates inn i sensorforsterkere, som forsterker ladningen til minimum eller maksimum avhengig av tilstanden til hver bitlinje.

Senseforsterkerne åpnes deretter og er tilgjengelige for avlesning. Data leses deretter fra hver spesifisert kolonne inn i minnebussen for å overføres til CPU. Når de nødvendige dataene er lest fra raden, slås radens ordlinje og sanseforsterkerne av mens bitlinjene forhåndslades igjen.

Selv om dette er veldig komplisert, har du kanskje lagt merke til noe viktig. Leseprosessen utlader minnecellene. Når cellen er utladet, vil omlesing av dem få alle 0-er, dataene vil gå tapt. Å lese DRAM er ødeleggende, men dataene forblir i RAM-en når du leser den. Det mangler et trinn som forklarer dette avviket. Mens sensorforsterkerne er låst, blir tilstanden deres matet tilbake til minnecellene de leser fra, og holder lave celler lave og lader høye celler. Dette gjøres automatisk ved hver leseoperasjon og er en oppdateringsoperasjon.

En oppdateringsoperasjon fungerer på samme grunnlag, men i stedet for å overføre forespurte data til minnebussen, lader sensorforsterkerne bare minnecellene før de slås av igjen.

Hvorfor er en oppdatering nødvendig?

Det er lett å forstå hvorfor det er nødvendig å oppdatere en minnecelle etter en destruktiv leseoperasjon. Det er mindre intuitivt hvorfor andre oppdateringer er nødvendige. Dessverre er de små transistorene som brukes til å opprettholde ladningen til hver celle ikke perfekte til å beholde en ladning. Det bare lekker bort. Dette skjer ganske raskt. JEDEC-standarden for gjeldende minnestandarder krever at alle rader i en DRAM-brikke oppdateres hver 64. ms.

For å forhindre ytelsestap, utføres prosessen opportunistisk hver 64. ms og oppdaterer hele DRAM-brikken i én batch. Rader som leses er allerede oppdatert, men mens DRAM-en er inaktiv, oppdateres uleste rader i bakgrunnen.

Forskning har vist at DRAM-celler kan beholde dataene sine i 10 sekunder uten å bli oppdatert. Noen statistiske avvikere kan til og med opprettholde data i opptil ett minutt. Dessverre får du også uteliggere i den andre retningen som ikke kan holde på ladningen selv et sekund. En veldig konservativ oppdateringssyklus-timer er valgt for å unngå tap av data eller korrupsjon. Likevel er moderne DRAM rask nok til at oppfriskning hver 64 ms ikke medfører et nevneverdig ytelsestap.

Tips: Forskere har funnet ut at ladningsretensjon kan variere betydelig mellom celler, selv i en enkelt DRAM-brikke. Noen ganger blir gode celler plutselig dårligere til å holde på ladningen, så du kan heller ikke velge kirsebær på en pålitelig måte.

Forskning har også funnet at temperatur spiller en betydelig rolle i ladningsnedbrytningshastigheten. Lading over 85 grader Celsius kan avta betydelig raskere, så oppdateringssyklustiden halveres. Motsatt kan kald DRAM opprettholde ladningen lenger. Dette er kjent nok til at "kald oppstart"-angrep kan brukes til å forsøke å gjenopprette data "tapt" ved avslutning fra RAM ved å avkjøle den.

Konklusjon

DRAM-celler trenger regelmessig oppfriskning for å lagre data på lang sikt av to grunner. For det første er leseoperasjonen destruktiv. For det andre avtar transistorens ladning over tid. For å forhindre tap av data, skrives lesedata tilbake til de samme minnecellene, og celler som ikke nylig har blitt lest, oppdateres regelmessig. Oppdateringsprosessen er vanligvis bare nødvendig med noen få sekunders mellomrom. Imidlertid oppdateres alle rader på en svært konservativ tidsskala for å forhindre tap av data fra celler som er statistiske avvikere når det gjelder hvor raskt ladningen deres avtar.

Det er mulig å redusere hvor ofte oppdateringer er nødvendig med temperatursensorer og teknologier for oppbevaring. Dette vil innebære å foretrekke bruk av celler som er gode til å holde en ladning. Å gjøre det ville unngå, der det er mulig, de statistiske avvikene som krever en slik konservativ justering. Imidlertid brukes ikke slike teknologier generelt, da de legger til kostnader og kompleksitet for å løse et problem med minimal ytelsespåvirkning. Del dine tanker i kommentarene nedenfor.