Самая быстрая память в компьютере: Самая быстрая оперативная память в мире

Содержание

Пошла в серию «самая быстрая в отрасли» оперативная память

Техника

02 Июля 2020 15:1102 Июл 2020 15:11 |

SK Hynix запустила в серию новую оперативную память с интерфейсом HBM2(E) третьего поколения для высокопроизводительных серверов. Пропускная способность новинки превышает 460 ГБ/сек, что примерно на 12% больше по сравнению с конкурирующим решением Flashbolt компании Samsung.

Новый «рекордсмен»

Южнокорейская SK Hynix начала массовое производство оперативной памяти с высокой пропускной способностью стандарта High Bandwith Memory 2 (HBM2E).

Компания-разработчик называет новинку «самым скоростным решением на базе DRAM в отрасли», а также подчеркивает, что продукт был запущен в серию в рекордные сроки – с момента первого анонса старта разработки и до начала массового производства прошло 10 месяцев.

По данным официального сайта SK Hynix, новая память поддерживает пропускную способность свыше 460 ГБ/сек при наличии 1024-разрядной шины, каждая линия которой работает на скорости 3,6 Гбит/сек. Для сравнения: подобная пропускная способность в теории позволяет передавать 124 полнометражных фильма в формате FullHD (примерно 3,7 ГБ каждый) в секунду.

SK Hynix начала производство высокоскоростной памяти HBM2E

Технология TSV (Through Silicon Via) позволяет объединить в стеке до восьми микросхем емкостью 16 Гбит, то есть максимальный объем памяти HBM2E составляет 16 ГБ. Это вдвое больше по сравнению с технологией предыдущего поколения – HBM2.

SK Hynix также отмечает низкий уровень энергопотребления изделием, однако конкретных численных данных на этот счет не приводит.

Память с такими характеристиками, по мнению производителя, заинтересует разработчиков решений в сфере искусственного интеллекта, в том числе ускорителей глубокого машинного обучения, и высокопроизводительных вычислений.

Конкуренты Hynix

Помимо SK Hynix, производством HBM-памяти с 2016 г. занимается другая южнокорейская корпорация – Samsung. Первый HBM2-продукт Samsung выпускался под маркой Flarebolt. В начале 2018 г. свет увидел второе поколение восьмигигабайтной HBM2, выпущенной Samsung под брендом Aquabolt. Память обеспечивала в 9,6 раза более высокую производительность по сравнению с тогдашней производительностью DRAM (GDDR5).

Наконец, в марте 2019 г. Samsung анонсировала самую быструю на тот момент HBM2-память. Скорость передачи данных новинки под маркой Flashbolt составила 3,2 Гбит/с на контакт, что было на 33% быстрее памяти предыдущего поколения. Пропускная способность достигала 410 ГБ/с. Поставки Flashbolt начались в феврале 2020 г.

Дистанционное банковское обслуживание для самозанятых, биоэквайринг и кошелек цифрового рубля: РСХБ рассказывает о финтех-новинках

Американская Micron в марте 2020 г. сообщила о планах до конца года стать третьим производителем HBM.

Об интерфейсе HBM

HBM — это высокопроизводительный интерфейс оперативной памяти, разработку которого при поддержке Hynix в 2008 г. начала AMD. Массовое производство HBM-памяти началось на заводах Hynix в Ичхоне (Южная Корея) в 2015 г.

Первыми устройствами, оснащенными этой памятью, стали видеокарты AMD на базе чипов архитектуры Fuji, в частности R9 Fury X, R9 Fury и R9 Nano. Технология HBM схожа с конкурирующей разработкой компании Micron под названием Hybrid Memory Cube.

Благодаря особенностям архитектуры HBM обеспечивает высокую пропускную способность, а также низкий расход энергии при компактных размерах устройства, хотя и отличается высокой стоимостью.

Ольга Лебедева, «РТ МИС»: Российскому здравоохранению нужны комплексные BI-решения

В памяти HBM кристаллы DRAM расположены вертикально на крайне малом расстоянии друг от друга. Размещается эта конструкция непосредственно на чипе GPU или CPU. Средством соединения такой конструкции, напоминающей многослойный торт, с центральным или графическим процессором служит специальная кремниевая подложка или интерпозер. Несколько стеков («стопок») памяти HBM подключаются к ней вместе с процессором, и этот модуль соединяется со схемной платой.

Вторая версия HBM была стандартизирована в начале 2016 г. и чуть позднее Samsung начала производство памяти по данной технологии – новинка получила имя Flarebolt. В начале 2018 г. свет увидел второе поколение восьмигигабайтной HBM2, выпущенной Samsung под брендом Aquabolt. Память обеспечивала в 9,6 раза более высокую производительность по сравнению с тогдашней производительностью DRAM (GDDR5).

ИТ-маркетплейс Market.CNews: выбрать лучший из тысячи тариф на облачную инфраструктуру IaaS среди десятков поставщиков

Дмитрий Степанов

Обзор новых типов памяти для серверов и систем хранения данных

Классификация типов памяти для вычислений

Память для серверов и систем хранения по функциональному устройству можно разделить на два основных вида: внутреннюю (первичную) и внешнюю (вторичную).

Классификация памяти компьютера

К первичной памяти относится память, располагающаяся непосредственно на главной плате или навесных платах (картах) внутри устройства.
Ко вторичной памяти относятся различного вида внешние накопители: серверные накопители на жестких дисках HDD (Hard Disk Drive), серверные накопители SSD (Solid State Drive). Они также расположены внутри системного блока, но выполняют роль внешних носителей информации. А также ко вторичной памяти можно отнести различного рода накопители, подключаемые к компьютеру через разъем, и конструктивно с ним раздельные: компакт-диски (магнитные и оптические), которые в последнее время практически вытеснены USB-флешками. SSD-память также называют часто флэш-памятью (flash).

Вторичная память относится скорее не к памяти, а к системам хранения данных (storage) СХД. СХД с памятью соотносятся примерно так же, как книжный шкаф с рабочим столом, на котором мы держим книги (данные) и с ними работаем (не перевелись еще, слава Богу, любители читать бумажные книги), а закончив работу, убираем их обратно в шкаф.

Часто под словом «память» подразумевают только первичную оперативную память, выполненную на полупроводниковых микросхемах. Она подразделяется на два основных вида: нестираемую (non-volatile) и стираемую (volatile).

Постоянное запоминающее устройство ПЗУ, нестираемая память или ROM (Read-Only Memory). Она выполняет роль хранилища программ, которые записываются на более-менее длительный период и, в общем, перезаписи не подлежат. Они могут сохранять информацию длительное время, практически на весь срок службы компьютера. Это может быть, например, BIOS (Basic Input/Output System), в которой хранится небольшая программа по запуску основных систем сервера при его включении. Сейчас микросхемы ПЗУ можно «перепрошивать», но подобные операции производятся, нечасто, и выполняются, как правило, квалифицированным персоналом.

Оперативное запоминающее устройство ОЗУ, стираемая память, RAM (Random Access Memory). Это быстродействующая память, в которую загружаются рабочие программы из внешних накопителей для исполнения процессором. Серверная ОЗУ работает очень быстро, операции чтения-записи не требуют много энергии, но и информация в ней пропадает после отключения питания, и кроме того, ее приходится постоянно обновлять, примерно 100 раз в секунду.

RAM бывают двух основных видов: статические (SRAM) и динамические (DRAM). В серверах сейчас для оперативной памяти используется DRAM различных типов, а SRAM используется для кэширования данных процессора.

Память класса СХД

Правда в последнее время эта стройная иерархия стала немного нарушаться под воздействием процессов разработки новых типов памяти, что привело к постепенному сближению SSD и RAM. Быстродействие SSD повышается и приближается к DRAM, энергопотребление SSD снижается и также приближается к DRAM. Это привело к созданию нового класса памяти: SCM (Storage Class Memory), что можно перевести как «память класса СХД». Хотя можно и наоборот: «СХД-класс памяти».

SCM (Storage Class Memory), «память класса СХД»

Такая память занимает промежуточное место между RAM и внешними накопителями SSD/HDD.

Первичная память

Первичная (внутренняя) память подразделяется на два вида: статическую SRAM (Static Random Access Memory) и динамическую DRAM (Dynamic Random Access Memory).

Иногда к первичной памяти относят и SSD (Flash), поскольку как отмечалось выше, она стала выполнять обязанности первичной. Однако эти виды памяти имеют комплиментарные.

Каждая из этих технологически близких видов памяти имеет свои недостатки.

Flash-память обычно создается на полевых МОП-транзисторах (металл-окисел-полупроводник) или MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor). Они имеют т. н. плавающий затвор FG (floating gate), в котором на достаточно долгое время сохраняется заряд, количество которого определяет бит информации. Этот затвор изолируется от истока (source) и стока (drain) транзистора слоями окисла металла.

Структура полевых МОП-транзисторов

Запись и стирание информации в такой структуре требует приложения высокого напряжения к затвору (до 20 В). Процесс изменения заряда в затворе относительно медленный и связан с возникновением ошибок при передаче через диэлектрик (окисел). Именно этим вызвано ограничение на количество циклов перезаписи в SSD, что является их недостатком перед HDD, где количество циклов перезаписи магнитного диполя практически не ограничено. С другой стороны, чтобы прочитать информацию, высокое напряжение не требуется, нужно только проверить состояние проводимости диффузного канала. Такой метод называется неразрушающим считыванием (non-destructive read), поскольку на заряд в затворе он практически не влияет.

По сравнению с SSD все виды битовых операций в DRAM производятся сравнительно быстро, поэтому такая память используется для загрузки рабочих приложений в сервере и во время работы процессор обращается именно к этой памяти. Однако при считывании данные из ячейки памяти DRAM исчезают.

SRAM – это наиболее быстрая память, имеющая лучшую сохранность данных, по сравнению с DRAM, однако, в каждой ее ячейке используется шесть транзисторов (в DRAM – один транзистор и один конденсатор). То есть SRAM занимает много места на чипе и по возможному объему она значительно проигрывает DRAM.

Поэтому все время разрабатываются и выпускаются различные вариации технологий памяти: память с ловушкой заряда CTM (Charge trap memory), память с изменением фазового состояния PCM (Phase-change memory) или PRAM, сегнетоэлектрическая память FRAM или FeRAM (ferroelectric RAM), резистивная память RRAM (resistive RAM), память с проводниковым проходом CBRAM (conductive bridge RAM), магниторезистивная память MRAM (magnetoresistive RAM), память с переносом момента спина электрона STT RAM (Spin-transfer torque RAM) и другие. Все эти виды активно разрабатываются и исследуются в ведущих мировых университетах и научных центрах, поскольку создание оптимального варианта памяти, сочетающего в себе достоинства как DRAM, так и SSD, для компьютерной отрасли очень актуально.

Позиционирование различных видов внутренней памяти по характеристикам

Разрыв между RAM и SSD

Между стираемой (volatile) памятью RAM и нестираемой (non-volatile) SSD Flash существует ощутимый разрыв по трем параметрам:

выносливость, максимально допустимое число циклов стирания-записи в ячейку;
время доступа, время считывания данных из ячейки;
площадь, занимаемая ячейкой на чипе микросхемы памяти.

RAM опережает флэш-память по всем этим параметрам на несколько порядков: выдерживает практически неограниченное число циклов перезаписи (особенно SRAM), информация из ячеек RAM считывается гораздо быстрее, чем Flash (хотя и она значительно быстрее, чем жесткие диски HDD), а также занимает немного места на чипе микросхемы.

Разрыв параметров между RAM и SSD флэш

Поэтому многие исследователи и разработчики поставили себе задачу создать память, которая бы заполняла этот разрыв и сочетала в себе все достоинства как RAM, так и SSD:

выносливость, то есть число циклов перезаписи достаточно высокое, чтобы использовать эту память в серверах дата-центров, где информация может перезаписываться на всем чипе по нескольку десятков и сотен раз за день;
небольшое время доступа при неразрушающем считывании;
небольшое напряжение импульса записи данных, то есть низкие энергозатраты;
сохранность информации при считывании, то есть принадлежность к классу non-volatile;
длительный период хранения информации, не короче, чем у SSD;
высокая плотность размещения ячеек на чипе.

В 2018 году такую память удалось разработать.

Нестираемая память с низковольтным питанием и управлением с ячейкой на основе сохранения заряда

Судя по названию раздела, это память SSD. Однако по своим характеристикам память, разработанная совместными усилиями ученых из Университета Ланкастера, Великобритания, и Университета Кадиза, Испания, приближается к DRAM, то есть заполняет «разрыв» между стираемой и нестираемой памятью.

Структура такой памяти представляет собой чередование зон изоляции (мышьяка арсенида индия InAs) и зон полупроводимости (антимонида алюминия AlSb), которые формируются на подложке антимонида галлия (GaSb). Эти зоны формируют резонансный барьер с туннельным эффектом.

Ячейка памяти с резонансно туннельным барьером

На рисунке 6 (a) показана обобщенная структура ячейки памяти, напоминающая разновидность полевого КМОП-транзистора с управляющим и плавающими затворами.

На рис. 6 (b) показана структура слоев эпитаксии с указанием толщины и выполняемой функции слоев.

На рис. 6 (с) показано фото электронного микроскопа, на котором видны относительные толщины слоев. Три полоски сверху – это многослойная структура резонансно-туннельного барьера, определяющего уникальные свойства такой ячейки памяти.

Как и в памяти SSD-флэш, заряд сохраняется в плавающем затворе FG. Однако изолирующих слоев из окислов металлов, как в МОП-транзисторе, здесь нет. Вместо этого используется т. н. 6.1-ангстремовое семейство (6.1 Å family): InAs, GaSb и AlSb, покрывающее большой диапазон энергетических уровней разрыва и других свойств полупроводников. Поэтому полупроводниковая структура больше напоминает транзистор с мобильными электронами на высоких энергетических уровнях HEMT (high-electron mobility transistor), чем классический МОП-транзистор (MOSFET).

Канал проводимости формируется из арсенида индия, который не содержит легирующих добавок ни для «дырок», ни для дополнительных электронов на высоких орбитах. Однак, канал проводимости антимонида галлия GaSb легирован примесями n-типа для небольшого избытка свободных электронов. Проводимость канала InAs определяется электронами в нем, которые имеют более высокую мобильность и плотность (вследствие легирования), чем «дырки» в подложке GaSb.

Внутренний слой плавающего затвора FG InAs изолирован от канала InAs барьером антимонида алюминия AlSb толщиной 15 нм. Квантовые ямы (quantum wells, QW) с тремя барьерами AlSb дают эффект резонансного туннелирования между плавающим затвором FG и управляющим затвором SG, выполненным из легированного электронами InAs. Поэтому электроны в плавающем затворе FG изолированы несколькими слоями AlSb и могут хранить заряд при комнатной температуре в течение 10¹⁴ лет.

Это дает возможность преодолеть наибольший недостаток SSD перед DRAM – ограниченное число циклов перезаписи ячеек, поскольку заряд в плавающем затворе изолирован очень надежно, и для его изменения не требуется большое напряжение, поскольку изменение заряда происходит за счет резонансного туннелирования.

Кроме свойства сохранения заряда (non-volatility) такая ячейка не требует много энергии для переключения состояния между 0 и 1. По результатам измерений эта энергия примерно в 60 раз меньше, чем для обычных модулей флэш-памяти. И по данному показателю эта память также приближается к DRAM. При размерах плавающего затвора 10×10 мкм для переключения состояния требуется энергии примерно 2×10⁻¹²Дж. Если размеры ячейки уменьшить до размеров 20 нм, что меньше, чем DRAM в 100 раз, потребуется энергия всего лишь 10⁻¹⁷Дж. Это меньше, чем даже у SRAM.

Однако очевидным недостатком такого типа памяти является сложность высокопрецизионного производства, что скажется на стоимости.

Технология 3D XPoint для SCM

Несколько лет назад компании Intel и Micron решили объединить усилия, чтобы разработать память, которая заполняет разрыв между оперативной и постоянной памятью и обеспечивает сближение их характеристик, и дали возможность использовать последнюю в качестве оперативной. Такая память получила название Storage Class Memory (SCM).

Обычная флэш-память (USB) производится на базе технологии NAND, использующейся в обычных флешках, картах памяти для фотоаппаратов, навигаторах и пр. Затем по такой технологии стали производить твердотельные накопители SSD для компьютеров, объединяя несколько флэш-модулей в массив RAID. Вначале накопители SSD производились по технологии ячеек SLC (Single Level Cell), хранящих 1 бит. Затем появились MLC-накопители (Multiple Level Cell) с хранением 2 битов в ячейке, TLC с тремя битами и, наконец, QLC с четырьмя битами в ячейке памяти.

В 2015 году корпорации Intel и Micron предложили альтернативу NAND – технологию 3D XPoint («Три ди кросс пойнт»). Производство планировалось на совместном предприятии IM Flash Technologies. Накопители Intel производятся по этой технологией под маркой Optane, а накопители Micron – под маркой QuantX («Квант икс»).

Принцип работы 3D XPoint никогда не раскрывался подробно, согласно соглашению между Intel и Micron. Компании ограничивались заявлениями, что уникальные свойства 3D XPoint обусловлены «множеством свойств материалов» (букв. bulk material properties). Из картинок, гуляющих по интернету, видно только, что это многослойная структура.

Одна из картинок, иллюстрирующих устройство 3D XPoint, но не дающая достаточного представления о принципе ее работы

Однако в июле 2018 года Intel и Micron сообщили о прекращении совместной работы над 3D XPoint. В октябре 2018 года в ходе судебного разбирательства о разделе интеллектуальной и недвижимой собственности Intel предоставила Micron право выкупа СП IM Flash, что она и сделала в начале 2019 года. В начале 2020 года партнеры подписали соглашение о том, что Micron продолжит выпускать память 3D XPoint и поставлять ее Intel.

Однако в 2020 году судебное разбирательство продолжилось и компания Micron была обвинена в незаконном прекращении выплаты лицензионных отчислений за патенты, благодаря которым появилась память 3D XPoint. В октябре 2020 года суд также объявил Intel, что она не имеет прав интеллектуальной собственности на продукт 3D XPoint. Выяснилось, что долго скрываемый принцип работы ячейки 3D XPoint заключается в эффекте обратимого изменения фазового состояния вещества. То есть это память типа PRAM (Phase-change Random Access Memory), разработанная другой компанией. С точки зрения американского суда получается, что Intel и Micron пытались мошеннически завладеть правами на данную разработку.

Суд выяснил, что принцип памяти PRAM, который по его мнению, лег в основу 3D XPoint, был опубликован около 60 лет назад американским ученым Стэнфордом Овшинским (Stanford Ovshinsky), который зарегистрировал патент на ячейку памяти под названием Ovonic от имени компании Ovonyx, наследником которой стала компания Energy Conversion Devices (ECD). Лицензия на память Ovonic приобреталась и другими компаниями, в т. ч. Intel и Micron.

Затем, вследствие ряда причин, компания ECD обанкротилась, и для ее ликвидации в 2012 году была создана трастовая компания ECDL Trust. Однако в том же 2012 году ECD продала акции Ovonyx компании Micron, которая в 2015 году стала ее владельцем. С 2012 года и до анонса памяти 3D XPoint, компаниями Micron и Intel был совершен ряд манипуляций, направленных на то, чтобы прекратить выплачивать компании ECD лицензионные отчисления и стать собственниками технологии под названием 3D XPoint.

Конечно, это решение суда не остановит производство, но и вряд ли приведет к снижению цен на накопители 3D XPoint, которые стоят относительно дорого. Чем закончится эта мутная история, пока не ясно.

CTM (Charge trap memory).
PCM (Phase-change memory PRAM).
FRAM, (ferroelectric RAM, FeRAM).
RRAM (resistive RAM).
CBRAM (conductive bridge RAM).
MRAM (magnetoresistive RAM).
STT RAM (Spin-transfer torque RAM).

[решено] Что из следующего является самой быстрой памятью?

Вторичная память
Вспомогательная память
Кэш-память
Виртуальная память

Вариант 3: Кэш-память

Свободно

CT 1: Текущие события (государственная политика и схемы)

Правильный ответ: «Кэш-память».

Важные моменты

Кэш-память :

Кэш-память – это особая очень высокоскоростная память.
Используется для ускорения и синхронизации с высокоскоростным процессором. Кэш-память дороже, чем основная память или дисковая память, но экономичнее, чем регистры ЦП.
— это чрезвычайно быстрый тип памяти, который действует как буфер между ОЗУ и ЦП.
Он содержит часто запрашиваемые данные и инструкции, чтобы они были немедленно доступны ЦП, когда это необходимо.
используется для сокращения среднего времени доступа к данным из основной памяти.

Дополнительная информация

Вторичная память:

энергонезависимая, т.е. сохраняет данные при переключении питания выкл.
Это л большой емкости до сотен терабайт.
На дешевле по сравнению с основной памятью .
В зависимости от того, является ли устройство Secondary memory частью ЦП или нет, существует два типа вторичной памяти — фиксированная и съемная.

Вспомогательная память:

9 0028 Вспомогательная память — это энергонезависимая память с наименьшим значением cos t, наибольшей емкостью и хранилищем с самым медленным доступом в компьютерной системе.
Здесь хранятся программы и данные для долгосрочное хранение или когда не используется немедленно.
Такая память имеет два типа: последовательный доступ (данные должны обращаться в линейной последовательности) и прямой доступ (данные могут обращаться в любой последовательности).
Наиболее распространенным последовательным запоминающим устройством являются жесткие диски, тогда как к устройствам прямого доступа относятся вращающиеся барабаны, диски, компакт-диски и DVD-диски.
Используется как постоянное хранилище данных в мейнфреймах и суперкомпьютерах.

Виртуальная памятка:

Компьютер может адресовать больше памяти , чем физически установлено в системе.
Эта дополнительная память на самом деле называется виртуальной памятью и представляет собой раздел жесткого диска, настроенный для эмуляции оперативной памяти компьютера c .
Основным видимым преимуществом этой схемы является то, что программы могут занимать больше места, чем физическая память.
Виртуальная память служит двум целям.
- Во-первых, это позволяет нам расширить использование физической памяти за счет использования диска .
- Во-вторых, позволяет нам иметь защиту памяти , потому что каждый виртуальный адрес преобразуется в физический адрес .

Последнее обновление: 5 апреля 2023 г.

DFCCIL Junior Executive Notification Out! Корпорация Dedicated Freight Corridor of India Limited (DFCCIL) объявила 181 вакансию на должность младшего исполнительного директора DFCCIL в различных дисциплинах, таких как электрика, механика и другие. Процесс отбора включает в себя этап I компьютерного тестирования (CBT), этап I компьютерного тестирования, проверку документов и медицинское обследование. Отобранные кандидаты будут иметь право на заработную плату в диапазоне рупий. от 25 000 до рупий. 68 000. Подготовьтесь к экзамену, используя документы DFCCIL Junior Executive за предыдущий год.

Предлагаемые экзамены

Как работает кэш ЦП и что такое кэш L1, L2 и L3?

Компьютерные процессоры значительно продвинулись за последние годы. Транзисторы с каждым годом становятся все меньше, и прогресс приближается к точке, когда закон Мура становится излишним.

Когда речь идет о процессорах, важны не только транзисторы и частоты, но и кеш-память.

Возможно, вы слышали о кэш-памяти, когда обсуждались ЦП (центральные процессоры). Тем не менее, мы не уделяем должного внимания этим номерам кэш-памяти ЦП, и они не являются основным акцентом в рекламе ЦП.

Итак, насколько важен кэш процессора и как он работает?

Что такое кэш-память ЦП?

Проще говоря, кэш-память ЦП — это просто очень быстрый тип памяти. В первые дни вычислений скорость процессора и скорость памяти были низкими. Однако в 1980-е годы скорость процессоров начала быстро расти. Системная память в то время (ОЗУ) не могла справиться с увеличением скорости ЦП или соответствовать ему, поэтому родился новый тип сверхбыстрой памяти: кэш-память ЦП.

Теперь в вашем компьютере установлено несколько типов памяти.

Основное хранилище, такое как жесткий диск или твердотельный накопитель, хранит большую часть данных — операционную систему и программы.

Далее у нас есть «оперативная память», обычно известная как RAM. Это намного быстрее, чем первичное хранилище, но это только краткосрочный носитель данных. Ваш компьютер и его программы используют оперативную память для хранения часто используемых данных, что помогает выполнять действия на компьютере быстро и удобно.

Наконец, ЦП имеет внутри себя еще более быстрые блоки памяти, известные как кэш-память ЦП.

Память компьютера имеет иерархию, основанную на скорости работы. Кэш ЦП стоит на вершине этой иерархии, будучи самым быстрым. Он также находится ближе всего к центральному процессору, поскольку является частью самого процессора. Согласно Tech Target, «кэш-память работает в 10–100 раз быстрее, чем ОЗУ, и для ответа на запрос процессора требуется всего несколько наносекунд».

Компьютерная память тоже бывает разных типов.

Кэш-память — это разновидность статической ОЗУ (SRAM), в то время как обычная системная ОЗУ называется динамической ОЗУ (DRAM). Статическая RAM может хранить данные без необходимости постоянного обновления, в отличие от DRAM, что делает SRAM идеальной для кэш-памяти.

Как работает кэш процессора?

Программы и приложения на вашем компьютере представляют собой набор инструкций, которые процессор интерпретирует и выполняет. Когда вы запускаете программу, инструкции перемещаются из основного хранилища (вашего жесткого диска) в ЦП. Здесь в игру вступает иерархия памяти.

Данные сначала загружаются в ОЗУ, а затем отправляются в ЦП. Процессоры способны выполнять гигантское количество инструкций в секунду. Чтобы в полной мере использовать свою мощность, процессору необходим доступ к сверхбыстрой памяти, и здесь на помощь приходит кэш-память процессора.0013

Контроллер памяти берет данные из ОЗУ и отправляет их в кэш ЦП. В зависимости от вашего ЦП, контроллер находится на ЦП или наборе микросхем северного моста на материнской плате.

Кэш-память затем выполняет обмен данными внутри ЦП. Иерархия памяти существует и в кеше ЦП.

Уровни кэш-памяти ЦП: L1, L2 и L3

Кэш-память ЦП делится на три «уровня»: L1, L2 и L3. Иерархия памяти снова соответствует скорости и, следовательно, размеру кеша.

Итак, влияет ли размер кэша процессора на производительность?

Кэш L1

Кэш L1 (уровня 1) — это самая быстрая память, которая присутствует в компьютерной системе. С точки зрения приоритета доступа, кэш L1 содержит данные, которые, скорее всего, потребуются ЦП при выполнении определенной задачи.

Размер кэша L1 зависит от процессора. Некоторые топовые потребительские процессоры теперь имеют кэш-память L1 объемом 1 МБ, например Intel i9-9980XE, но они стоят огромных денег, и их по-прежнему мало. Некоторые серверные наборы микросхем, такие как линейка Intel Xeon, также имеют кэш-память L1 объемом 1–2 МБ.

Не существует «стандартного» размера кэш-памяти L1, поэтому перед покупкой необходимо проверить характеристики процессора, чтобы определить точный размер кэш-памяти L1.

Кэш L1 обычно делится на две части: кэш инструкций и кэш данных. Кэш инструкций имеет дело с информацией об операции, которую должен выполнить ЦП, а кеш данных содержит данные, над которыми должна быть выполнена операция.

Кэш L2

Кэш L2 (уровень 2) медленнее, чем кэш L1, но больше по размеру. В то время как кэш L1 может измеряться в килобайтах, современные кэши памяти L2 измеряются в мегабайтах. Например, высоко оцененный AMD Ryzen 5 5600X имеет кэш-память L1 объемом 384 КБ и кэш-память L2 объемом 3 МБ (плюс кэш-память L3 объемом 32 МБ).

Размер кэша L2 зависит от ЦП, но обычно его размер составляет от 256 КБ до 32 МБ. Большинство современных процессоров имеют кэш-память L2 объемом более 256 КБ, и этот размер сейчас считается небольшим. Кроме того, некоторые из самых мощных современных ЦП имеют больший кэш-память L2, значительно превышающий 8 МБ. Например,

Когда дело доходит до скорости, кэш L2 отстает от кэша L1, но все же намного быстрее, чем оперативная память вашей системы. Кэш памяти L1 обычно в 100 раз быстрее вашей оперативной памяти, а кеш L2 примерно в 25 раз быстрее.

Кэш L3

В кэш L3 (уровень 3). В первые дни кэш памяти L3 действительно находился на материнской плате. Это было очень давно, когда большинство процессоров были одноядерными. Теперь кэш-память L3 в вашем ЦП может быть огромной: топовые потребительские ЦП имеют кэш-память L3 до 32 МБ, а революционные процессоры AMD Ryzen 7 5800X3D поставляются с кэш-памятью L3 объемом 96 МБ. Кэш-память третьего уровня ЦП некоторых серверов может превышать это значение, достигая 128 МБ.

Кэш-память L3 является самой большой, но и самой медленной единицей кэш-памяти. Современные ЦП включают кэш L3 на самом ЦП. Но в то время как кэш L1 и L2 существуют для каждого ядра на самом чипе, кэш L3 больше похож на общий пул памяти, который может использовать весь чип.

На следующих изображениях показаны уровни кэш-памяти ЦП для ЦП Intel Core i5-3570K, выпущенного в 2012 г., и ЦП AMD Ryzen 5800X, выпущенного восемью годами позже, в 2020 г. Данные кэш-памяти ЦП находятся в правом нижнем углу второго изображение.

Обратите внимание, что кэш L1 разделен на две части, а L2 и L3 соответственно больше на обоих процессорах? Тем не менее, у AMD Ryzen 5800X кэш L3 более чем в пять раз больше, чем у Intel i5-3570K.

Сколько мне нужно кэш-памяти ЦП?

Хороший вопрос. Чем больше, тем лучше, как и следовало ожидать. Последние процессоры, естественно, будут включать в себя больше кэш-памяти ЦП, чем старые поколения, а также потенциально более быструю кэш-память. Одна вещь, которую вы можете сделать, это научиться эффективно сравнивать процессоры. Существует много информации, и изучение того, как сравнивать и сопоставлять различные процессоры, может помочь вам принять правильное решение о покупке.

Конструкция кэш-памяти постоянно развивается, особенно по мере того, как память становится дешевле, быстрее и плотнее. Например, одной из самых последних инноваций AMD является Smart Access Memory и Infinity Cache, которые повышают производительность.

Как данные перемещаются между кэшами памяти ЦП?

Большой вопрос: как работает кэш-память процессора?

Проще говоря, данные передаются из ОЗУ в кэш L3, затем в L2 и, наконец, в L1. Когда процессор ищет данные для выполнения операции, он сначала пытается найти их в кэше L1. Если ЦП находит его, это называется попаданием в кэш. Затем он продолжает находить его в L2, а затем в L3.

Если ЦП не находит данные ни в одном из кэшей памяти, он пытается получить к ним доступ из вашей системной памяти (ОЗУ). Когда это происходит, это называется промахом кеша.

Как известно, кэш предназначен для ускорения обмена информацией между основной памятью и процессором. Время, необходимое для доступа к данным из памяти, называется «задержкой».

Кэш-память L1 имеет самую низкую задержку, будучи самой быстрой и ближайшей к ядру, а L3 имеет самую высокую. Задержка кэша памяти увеличивается, когда происходит промах кэша, поскольку ЦП должен извлекать данные из системной памяти.

Задержка продолжает уменьшаться по мере того, как компьютеры становятся быстрее и эффективнее. Оперативная память DDR4 и DDR5 с малой задержкой и сверхбыстрые твердотельные накопители сокращают задержку, делая всю вашу систему быстрее, чем когда-либо. При этом скорость вашей системной памяти также важна.

Скорость кэш-памяти ЦП Объяснение

Размер и скорость кэш-памяти ЦП важны для общей работы компьютера. Как и в случае с большинством проблем, связанных с компьютерным оборудованием, чем больше, тем лучше, а быстрее всегда является разумным выбором.