Warum wird kein Prozessor mit integriertem RAM verkauft?

RAM Speicher ist seit den 70er Jahren in allen Computern vorhanden, und während dieser ganzen Zeit haben wir gesehen, wie Komponenten erschienen und verschwunden sind. Einige aufgrund von Nichtgebrauch, andere, weil sie in andere integriert sind. Allerdings neben dem Prozessor gibt es noch. Aber was wenn Wir haben RAM in den Prozessor integriert und hat es verschwinden lassen? Ist dies möglich? Wir erklären es Ihnen.

Der Trend bei der Hardware geht dahin, dass Motherboards einfacher werden als noch vor ein paar Jahren. Seit einigen Jahren wird über bestimmte Technologien gesprochen, die RAM und CPU zu derselben Einheit zu verschmelzen. Werden wir es in Zukunft sehen oder gibt es stattdessen Einschränkungen?

Warum wird kein Prozessor mit integriertem RAM verkauft?

Ist es möglich, RAM in den Prozessor zu integrieren?

Eines der Konzepte in Bezug auf die Leistung von Prozessoren ist, dass die Leistung umso besser ist, je näher der Speicher an den Einheiten liegt, die die Anweisungen ausführen, da die Lösung der Anweisung weniger Zeit in Anspruch nimmt. Der Grund? Einfach, das elektrische Signal hat eine geringere Entfernung zu reisen. Ideal wäre also, dass sich Prozessor und Speicher auf demselben Chip befinden.

Wir finden uns jedoch mit der Tatsache wieder, dass es RAM-Speicher gibt, der der Hilfsspeicher ist, den jeder Prozessor zum Ausführen von Programmen verwendet. Was, wie Sie bereits wissen, außerhalb des Chips liegt und daher nicht die ideale Leistung bringt. Als ob das nicht genug wäre, erhöht diese Entfernung den Energieverbrauch bei der Datenübertragung.

In Anbetracht dessen, dass der RAM-Speicher ein grundlegendes Element jeder Architektur ist und wir ihn nicht löschen können, haben wir uns gefragt, was passieren würde, wenn wir diese Komponente aus dem Blickfeld entfernen würden. Das heißt, wenn wir es in den Prozessor integriert haben. Chips dieser Art gibt es ohnehin schon, denn Mikrocontroller haben zwar genau den Speicher, mit dem sie arbeiten, im Inneren des Chips, aber dessen Funktion ist sehr eingeschränkt.

CPU RAM

Vorteile der Integration von RAM in den Prozessor

Zunächst werden wir über die Vorteile der Integration von RAM in den Prozessor sprechen. Wir setzen es unter Bedingungen, weil wir die technischen Einschränkungen nicht berücksichtigen werden, die die Hersteller bisher daran hindern, dies zu tun. Worüber wir später eingehen werden. Wir beschränken uns also vorerst darauf, was das Konzept in der Theorie wäre und welche Vorteile es mit sich bringen würde.

Der BMI würde verschwinden

Der integrierte Speichercontroller würde am Ende verschwinden, da er für die Verwaltung der Zugriffe mit dem externen Speicher zuständig ist und daher sein Platz durch den RAM-Speicher im Prozessor belegt würde. Auf die gleiche Weise würde auch der gesamte Teil der Peripherie, der die Schnittstelle ist, die für die Kommunikation mit dem Speicher des Systems nach außen verantwortlich ist, aufhören zu existieren, da der Speicher theoretisch nicht existiert.

Die Prozessorleistung würde steigen

Offensichtlich würden durch vollständiges Reduzieren der Zugriffszeit auf die Daten und Befehle alle in kürzerer Zeit ausgeführt werden, und offensichtlich wird die Leistung dieser Befehle durch die Anzahl von Befehlen gemessen, die in einer gegebenen Zeit ausgeführt werden können. Wieso den? Nun, aufgrund der Tatsache, dass dies dazu führt, dass die Programme schneller ausgeführt werden oder, falls dies nicht möglich ist, mehrere von ihnen gleichzeitig verwaltet werden können.

Prozessador Velocidad

Der Verbrauch würde sinken

Die Übertragung eines Datenbits innerhalb des Prozessors kostet derzeit 0.1 pJ/Bit Energie, die Übertragung auf DDR5 kostet 7 pJ/Bit, dh der Energieverbrauch würde bis zu 70-mal reduziert. was die Datenkommunikation betrifft.

Der Cache würde nicht verschwinden

Die Aufgabe des Cache besteht darin, eine temporäre Kopie der Informationen im RAM, aber innerhalb des Chips zu haben, damit es weniger Zeit braucht, um darauf zuzugreifen. Wenn wir den Direktzugriffsspeicher in den Chip einbauen würden, würden wir feststellen, dass wir ihn mit weniger Latenz erreichen würden und somit höhere Cache-Ebenen unnötig würden. Theoretisch würden wir also das Cache-Dienstprogramm laden. Dies ist jedoch nicht vollständig der Fall und wir würden auf ein Problem stoßen.

Angesichts der Tatsache, dass die Caches den zweiten Nutzen haben, Blockaden bei Speicherzugriffen zu reduzieren, indem sie lokale Kopien in jedem Kern auf den niedrigsten Ebenen desselben haben, hätten wir ohne Cache ein Überlastungsproblem im Datenbus aufgrund der enormen Anzahl von Wünsche wären das. Das heißt, mit einem Speicherpool für alle Prozessoren und ohne lokale Sicherung wird die Leistung durch übermäßige Zugriffe belastet.

Wir hätten also am Ende mindestens eine Cache-Ebene, die erste Ebene, die normalerweise in Daten und Anweisungen unterteilt ist und diejenige mit der geringsten Latenz ist. Es wäre möglich, eine Zwischen-Cache-Ebene hinzuzufügen, die bereits von mehreren Kernen geteilt wird, aber Designer müssten sicherstellen, dass ihre Latenz niedriger ist als die des integrierten RAM des Prozessors.

Warum wird es also nicht getan?

Wenn Sie sich fragen, warum wir Ihnen den Cache-Speicher erklärt haben, liegt dies daran, dass einer der Gründe der Platzmangel auf dem Chip ist. Wie Sie bereits wissen, muss bei der Herstellung eines Prozessors jeder, der ihn verkaufen möchte, berücksichtigen, wie viele Wafer verfügbar sind, wie viele Prozessoren pro Wafer und zu welchen Kosten. Nehmen Sie ein DIMM oder SO-DIMM RAM-Speicher und sehen Sie sich alle Chips dort an. Glauben Sie, dass das in den Prozessor passen würde? Nein, das geht nicht.

Aus diesem Grund haben sich die Methoden zur Herstellung von RAM-Speichern und Prozessoren im Laufe der Zeit verändert, so dass heute auf Prozessoren spezialisierte Foundries wie TSMC bei der Herstellung von Speichern und Prozessoren nicht mehr auffallen. und umgekehrt. Es ist sehr schwierig, einen Prozess zu sehen, der es ermöglicht, beide Arten von Chips gleichzeitig zu kombinieren, es sei denn, es wird ein Chip für denselben entwickelt, der dies wirtschaftlich rechtfertigt, was in Heimsystemen selten vorkommt.

Fabricar-Chips

Alternativen zum RAM im Prozessor

Die Alternativen sind nichts anderes, als die neuen Methoden zu verwenden, um integrierte Schaltkreise basierend auf Durchkontaktierungen durch Silizium zu bauen, entweder den Prozessor Seite an Seite mit dem RAM zu platzieren und beide in einem Interposer zu montieren, der als 2.5DIC bekannt ist und den wir bereits gesehen haben in Systemen mit HBM-Speicher. Die andere Lösung besteht darin, RAM-Chips auf den Prozessor oder 3DIC zu stapeln. Das Problem? Die Mehrkosten dieser Verfahren sind so hoch, dass sie sich für den heimischen Markt nicht lohnen, obwohl der angebotene Speicher in beiden Fällen eine geringere Latenz und einen geringeren Verbrauch aufweist als herkömmlicher RAM.

RAM-Berechnung

Auf dem Markt für Serverprozessoren werden wir bald Konfigurationen mit HBM-Speicher sehen, das Problem ist, dass sie in Bezug auf die Größe festgelegt sind und wenn eine größere Menge an RAM benötigt wird, müssen herkömmliche RDIMM-Sockel über Bord geworfen werden. Was die Integration von RAM in den Prozessor vollständig zerstört, um uns die Implementierung im System zu ersparen. In jedem Fall ergeben diese Lösungen keine geringere Latenz oder weniger Verbrauch in Bezug auf den Datenzugriff als eine vollständige Integration des Arbeitsspeichers in den Prozessor, da wir das nicht wirklich tun, sondern den Arbeitsspeicher näher bringen.