Bases de la mémoire-Volatile, non volatile et persistant

Les ordinateurs, les consoles de jeux, les télécommunications, les automobiles, les systèmes industriels et une myriade d’appareils et de systèmes électroniques reposent sur diverses formes de mémoire à semi-conducteurs pour fonctionner. Les concepteurs ont besoin d’une compréhension des différentes options pour les dispositifs de mémoire volatiles et non volatiles pour optimiser les performances des systèmes.

Une nouvelle forme de mémoire à semi-conducteurs appelée mémoire persistante (PMEM) a récemment vu le jour pour offrir aux concepteurs une troisième option pour optimiser les performances du système., PMEM ne devrait pas remplacer d’autres formes de mémoire à semi-conducteurs ou de périphériques de stockage. Néanmoins, dans certaines applications, PMEM peut fournir des temps de démarrage plus rapides, un accès plus rapide aux grands ensembles de données en mémoire et un coût de possession inférieur.

Dynamic random access memory

La Mémoire vive dynamique (DRAM) est le plus souvent utilisée comme mémoire principale pour les processeurs, les GPU, les microcontrôleurs et d’autres types de processeurs. La DRAM est une mémoire volatile et ne conserve les données que tant qu’il y a de l’énergie fournie. Le bloc de construction de base pour les Dram sont les cellules de bits qui stockent des bits d’informations individuels.,

cellule binaire Dram de base (image: imec)

Il existe une variété de types DRAM développés pour des applications spécifiques, telles que:

  • DDR (double date rate): à l’origine, la mémoire DDR utilisait la pré-extraction pour doubler le débit de données, par rapport aux dram à débit de données unique. La pré-extraction était une technique efficace pour doubler le débit de données d’une génération à l’autre jusqu’à la DDR3., À ce stade, d’autres techniques telles que le regroupement de banques (DDR4) et le fractionnement de canaux (DDR5) ont été ajoutées pour soutenir la nécessité continue de doubler le taux de transfert de données d’une génération à l’autre.
  • LPDDR (low power double data rate): parfois appelé MDDr (mobile DDR), LPDDR a été développé pour répondre aux besoins des applications de faible puissance telles que les tablettes, les combinés de téléphones mobiles, les cartes SSD, les systèmes automobiles, etc. LPDDR comprend des fonctionnalités de faible puissance, telles que des tensions de fonctionnement plus faibles et un « mode veille profonde” pour fournir des économies d’énergie significatives par rapport aux mémoires DDR conventionnelles.,
  • GDDR (graphics double data rate): développées pour prendre en charge les cartes graphiques, les puces GDDR ont un bus plus grand et prennent en charge des taux de synchronisation d’E/S plus élevés pour s’interfacer directement avec le processeur graphique (GPU). GDDR est également utilisé avec les applications générales à large bande passante, pas seulement les GPU.

La DDR5, la nouvelle forme de DRAM, est conçue pour prendre en charge la prochaine génération de charges de travail de serveur en offrant une augmentation de plus de 85% des performances de la mémoire., La DDR5 double la densité de mémoire tout en améliorant la fiabilité à un moment où les architectes de systèmes de centres de données cherchent à fournir un nombre de cœurs de processeur en croissance rapide avec une bande passante et une capacité de mémoire accrues.,

amélioration des performances de la mémoire DDR de génération en génération (image: Micron)

mémoire Non volatile

la mémoire Non volatile (NVM) prend la forme mémoires à l’état solide à adresse électrique (diverses formes de mémoire en lecture seule) et mémoires à adresse mécanique (disques durs, disques optiques, bandes, etc.), généralement appelées stockage. NVM conserve les données même lorsque la source d’alimentation est retirée. Il existe des compromis entre les approches adressables électriquement et mécaniquement., Les systèmes adressables mécaniquement ont un coût par bit beaucoup plus faible mais ont des temps d’accès beaucoup plus lents. Les systèmes adressables électriquement sont très rapides, mais, comparés aux dispositifs de stockage adressables mécaniquement, sont coûteux et ont des capacités plus petites.,

Les mémoires aléatoires non volatiles à semi-conducteurs (NVRAM) et les mémoires en lecture seule (ROM) sont généralement classées en fonction du mécanisme d’écriture qu’elles utilisent:

  • ROM Mask-programmables en usine uniquement, et généralement utilisées pour les produits à grand volume
  • EPROMs – ROM programmable effaçable qui peut être effacée avec la lumière ultraviolette
  • EEPROMs-ROM programmable effaçable électriquement qui utilise une tension appliquée à l’extérieur pour effacer les données.,
  • Flash-similaire à une EEPROM, avec beaucoup plus de capacité de stockage, mais avec des vitesses de lecture / écriture plus rapides.
  • F-RAM-la RAM ferroélectrique (une technologie à un stade précoce) est de construction similaire à une DRAM; les deux utilisent un condensateur et un transistor. Pourtant, au lieu d’utiliser la couche diélectrique d’un condensateur, une cellule F-RAM contient un mince film ferroélectrique de titanate de zirconate de plomb qui peut changer de polarité et basculer entre les États et conserver les données même lorsque l’alimentation est interrompue.,
  • MRAM-la RAM Magnétorésistive (une technologie à un stade précoce) stocke les données dans des éléments de stockage magnétiques appelés jonctions à tunnel magnétique (MTJs).

mémoire persistante

la mémoire persistante (PMEM) est une mémoire à semi-conducteurs haute performance plus rapide que la mémoire non volatile telle que le flash et moins coûteuse que la DRAM. Les modules de mémoire Double en ligne non volatils (NVDIMM), proposés par Micron et d’autres, et les modules DIMM Intel 3D XPoint (également appelés modules de mémoire persistants Optane DC) sont deux exemples de PMEM.,

les modules de mémoire persistants tels que Intel Optane s’intercalent entre DRAM et SSD en termes de coût et de performances (Source: Intel)

PMEM est une troisième option de mémoire. Il a des aspects qui sont similaires au stockage (par exemple, les SSD et les lecteurs de disque) et certains qui sont similaires à la mémoire volatile et non volatile. Il ne devrait pas remplacer le stockage ou la mémoire. Néanmoins, il fournit aux concepteurs de systèmes un outil supplémentaire qui peut fournir des temps de démarrage plus rapides, un accès plus rapide aux grands ensembles de données en mémoire et un coût de possession inférieur.,

Les principaux avantages de la mémoire persistante incluent:

  • des latences D’accès inférieures à celles des SSD flash.
  • débit accru par rapport au stockage flash.
  • Les données persistent en mémoire après une interruption de l’alimentation, comme le flash.
  • PMEM est moins coûteux que DRAM.
  • PMEM est cachable.
  • Fournit un accès en temps réel aux données prend en charge l’accès rapide aux grands ensembles de données.

développements récents des normes

JEDEC a publié la dernière norme SDRAM JESD79-5 DDR5 en juillet 2020., La norme répond aux exigences de la demande découlant d’applications intensives de cloud et de centres de données d’entreprise, offrant aux développeurs des performances deux fois supérieures et une efficacité énergétique nettement améliorée.

la norme JEDEC DDR4 a été mise à jour en janvier 2020 et a été définie pour fournir des performances supérieures, une fiabilité améliorée et une puissance réduite, ce qui représente une réalisation significative par rapport aux technologies de mémoire DRAM précédentes.,

alors que les deux normes discutées ci-dessus sont maintenues par le Comité JEDEC, JC-42, la norme JESD21-C, « Configurations for Solid State Memories”, est maintenue par le Comité JEDEC JC-41. JC – 41 compte un large nombre de membres actifs, et la norme est publiée sous forme de classeur pour tenir compte des mises à jour et des changements fréquents.

La deuxième partie de cette série de FAQ approfondit « les Technologies de mémoire et les Options d’emballage. »Part three reviews » calcul centré sur la mémoire et Architectures de système de mémoire., »

Intel Optane Persistent Memory, Intel
Main Memory: DDR4& DDR5 SDRAMs,JEDEC
Micron’s DDR5, Micron
Persistent Memory, Wikipedia
l’histoire et l’avenir des architectures DRAM dans différents domaines d’application, imec
Qu’est-ce que la mémoire persistante?, NetApp

vous pouvez également aimer:


  • qu’est-ce que la mémoire DDR (Double débit de données) et la mémoire SDRAM

Laisser un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *