RAM la mémoire est dans tous les ordinateurs depuis les années 70, alors que cela s'est passé tout ce temps, nous avons vu comment les composants sont apparus et ont disparu. Certains par désuétude, d'autres parce qu'ils sont intégrés à d'autres. Cependant, à côté du processeur, il est toujours là. Mais si nous avons intégré la RAM à l'intérieur du processeur et l'a fait disparaître ? Est-ce possible? On vous l'explique.
La tendance en matière de matériel est que les cartes mères deviennent plus simples par rapport à ce qu'elles étaient il y a quelques années. Depuis quelques années, on parle de certaines technologies qui permettraient à la RAM et Processeur pour fusionner dans la même entité. Le verrons-nous à l'avenir ou y a-t-il plutôt des limites?
Est-il possible d'intégrer de la RAM à l'intérieur du processeur ?
L'un des concepts concernant les performances des processeurs est que plus la mémoire est proche des unités qui exécutent les instructions, meilleures sont les performances, car il faut moins de temps pour résoudre l'instruction. La raison? Simple, le signal électrique a moins de distance à parcourir. L'idéal serait donc que le processeur et la mémoire soient sur la même puce.
Cependant, nous nous retrouvons avec le fait qu'il existe une mémoire RAM, qui est la mémoire de support que chaque processeur utilise pour exécuter des programmes. Ce qui, comme vous le savez déjà, est en dehors de la puce et n'apporte donc pas les performances idéales. Comme si cela ne suffisait pas, cette distance augmente la consommation d'énergie lors de la transmission de données.
Gardant à l'esprit que la mémoire RAM est un élément fondamental de toute architecture et que nous ne pouvons pas la supprimer, nous nous sommes demandé ce qui se passerait si nous supprimions ce composant de la vue. Autrement dit, si nous l'avons intégré dans le processeur. Dans tous les cas, des puces de ce type existent déjà, car les microcontrôleurs ont précisément la mémoire avec laquelle ils fonctionnent à l'intérieur de la puce, mais sa fonction est très limitée.
Avantages de l'intégration de RAM à l'intérieur du processeur
Tout d'abord, nous allons parler des avantages de l'intégration de la RAM dans le processeur. Nous l'avons mis au conditionnel car nous n'allons pas tenir compte des limitations techniques qui empêchent les constructeurs de le faire jusqu'à présent. A propos de laquelle nous entrerons plus tard. Nous allons donc pour l'instant nous limiter à ce que serait le concept en théorie et quels avantages il apporterait.
L'IMC disparaîtrait
Le contrôleur de mémoire intégré finirait par disparaître, puisqu'il est chargé de gérer les accès avec la mémoire externe et, par conséquent, son espace serait occupé par la mémoire RAM à l'intérieur du processeur. De la même manière, toute la partie de la périphérie, qui est l'interface chargée de communiquer avec la mémoire du système vers l'extérieur, cesserait également d'exister car ladite mémoire n'existe pas en théorie.
Les performances du processeur augmenteraient
Évidemment, en réduisant complètement le temps d'accès aux données et aux instructions, toutes seraient exécutées en moins de temps et évidemment la performance de celles-ci se mesure par le nombre d'instructions pouvant être exécutées dans un temps donné. Pourquoi? Eh bien, du fait que cela se traduit par une exécution plus rapide des programmes ou, à défaut, par la possibilité d'en gérer plusieurs en même temps.
La consommation diminuerait
Transmettre un peu de données dans le processeur a actuellement un coût énergétique de 0.1 pJ/bit, le faire vers la DDR5 a un coût de 7 pJ/bit, c'est-à-dire que la consommation d'énergie serait réduite jusqu'à 70 fois. en ce qui concerne la communication des données.
Le cache ne disparaîtrait pas
Le travail du cache est d'avoir une copie temporaire des informations dans la RAM, mais à l'intérieur de la puce, de sorte qu'il faut moins de temps pour y accéder. Si nous placions la mémoire à accès aléatoire à l'intérieur de la puce, nous constaterions que nous y arriverions avec moins de latence et donc des niveaux de cache plus élevés deviendraient inutiles. Donc, en théorie, nous chargerions l'utilitaire de cache. Cependant, ce n'est pas tout à fait le cas et nous rencontrerions un problème.
Étant donné que les caches ont la deuxième utilité de réduire les blocages dans les accès à la mémoire en ayant des copies locales dans chaque cœur aux niveaux les plus bas de celui-ci, s'il n'y avait pas de cache, nous aurions un problème de congestion dans le bus de données en raison du nombre énorme de demandes qui seraient. Autrement dit, avec un pool de mémoire pour tous les processeurs et sans sauvegarde locale, les performances sont grevées par des accès excessifs.
On finirait donc par avoir au moins un niveau de cache, le premier niveau, qui est généralement divisé en données et en instructions et qui est celui avec le moins de latence. Il serait possible d'ajouter un niveau de cache intermédiaire, déjà partagé entre plusieurs cœurs, mais les concepteurs devraient s'assurer que sa latence soit inférieure à la RAM intégrée du processeur.
Alors pourquoi n'est-ce pas fait ?
Si vous vous demandez pourquoi nous vous avons expliqué la mémoire cache, c'est qu'une des raisons est le manque de place sur la puce. Lors de la fabrication d'un processeur, comme vous le savez déjà, celui qui veut le vendre doit prendre en compte le nombre de wafers disponibles, le nombre de processeurs par wafer et à quel prix. Prenez un DIMM ou un SO-DIMM de mémoire RAM et regardez toutes les puces là-bas, pensez-vous que cela rentrerait dans le processeur ? Non, cela ne peut pas être fait.
C'est pourquoi les méthodes utilisées pour fabriquer les mémoires RAM et les processeurs ont différé dans le temps, au point qu'aujourd'hui les fonderies comme TSMC qui se sont spécialisées dans les processeurs ne se distinguent pas lorsqu'il s'agit de fabriquer des mémoires et des processeurs. vice versa. Il est très difficile de voir un processus qui permet de combiner les deux types de puces en même temps, à moins qu'il n'y ait une puce en cours de développement pour le même qui le justifie économiquement, ce qui est rare à voir dans les systèmes domestiques.
Alternatives à la RAM dans le processeur
Les alternatives ne sont rien d'autre que d'utiliser les nouvelles méthodes pour construire des circuits intégrés basés sur des vias à travers le silicium, soit en plaçant le processeur côte à côte avec la RAM et les deux montés dans un interposeur, qui est connu sous le nom de 2.5DIC et que nous avons déjà vu dans les systèmes avec mémoire HBM. L'autre solution consiste à empiler des puces RAM au-dessus du processeur ou du 3DIC. Le problème? Les surcoûts de ces méthodes sont si élevés qu'elles ne sont pas viables pour le marché domestique, bien que la mémoire proposée dans les deux cas ait une latence et une consommation plus faibles que la RAM conventionnelle.
Sur le marché des processeurs pour serveurs, nous verrons bientôt des configurations avec de la mémoire HBM, le problème est qu'elles sont fixes en termes de taille et si une plus grande quantité de RAM est nécessaire, il faudra jeter les sockets RDIMM classiques. Ce qui détruit complètement l'intégration de la RAM dans le processeur pour nous éviter d'avoir à l'implémenter dans le système. Dans tous les cas, ces solutions ne donnent pas une latence ou une consommation inférieure en terme d'accès aux données qu'une intégration complète de la RAM dans le processeur, puisque nous ne faisons pas vraiment cela, mais rapprochons la RAM.
