CPU ve GPU’larda performansı büyük oranda artıracak yeni teknoloji geliştirildi

Stanford Üniversitesi’nde yürütülen bir araştırma, günümüz CPU ve GPU’larının dahili önbellek performansını önemli ölçüde artırabilecek bir teknoloji üzerinde yoğunlaşıyor. Bu teknoloji, “hibrit kazanımlı hücre belleği” veya hybrid gain cell memory (içerik devamında HGCM olarak kısaltılacak) olarak adlandırılıyor ve SRAM ile DRAM’in avantajlarını bir araya getirerek özellikle depolama yoğunluğunu artırmayı hedefliyor. Elektrik Mühendisliği Profesörü Philip Wong’un liderliğindeki araştırma ekibi, GPU’larda kullanılan SRAM tabanlı önbelleklerin, nispeten yavaş olan DRAM’den veri yüklemek zorunda kalması nedeniyle yaşanan bir “bellek duvarı problemi” olduğunu belirtiyor. Bu geçişin çok fazla zaman ve enerji tükettiği ifade edilirken, geleneksel SRAM’e kıyasla daha iyi performans özelliklerine sahip bir teknolojinin geliştirilmesi gerektiği vurgulanıyor.

SRAM ve DRAM’in kapasite sorunları
Günümüzde modern çiplerde SRAM, büyük bir alan kaplaması ve bir bitlik veriyi saklamak için dört transistöre ihtiyaç duymasıyla kapasite açısından sınırlayıcı bir faktör haline geliyor. Buna karşılık DRAM, aynı işi tek bir transistör ve ek bileşenlerle yapabiliyor. Ancak DRAM, depolanan verilerin sürekli yenilenmesi gerekmesi gibi dezavantajlarla karşı karşıya. Hibrit kazanımlı hücre belleği teknolojisi, her iki belleğin en iyi özelliklerini tek bir çözümde birleştirmeyi amaçlıyor. Yeni teknolojinin en önemli özelliği, verileri depolamak için ayrı okuma ve yazma transistörlerine sahip olması ve DRAM’in çalışması için gerekli olan ek kapasitör ihtiyacını ortadan kaldırması. Wong’un ekibi, iki farklı malzemeden yapılan transistörler kullanıyor: yazma transistörü için indiyum kalay oksit (ALD ITO), okuma transistörü için ise silikon PMOS.

Bu çözüm, iki silikon oksit bazlı transistörden daha performanslı bir seçenek olarak öne çıkıyor.

Yeni teknolojide performans çok yüksek
Yeni bellek teknolojisi performans olarak da iddialı. Yapılan testlerde, bu teknoloji ile çalışan bir cihazın verileri 1 saatten fazla süre saklayabildiği gözlemlendi. DRAM’in her 64 milisaniyede bir yenilenme ihtiyacı göz önüne alındığında, bu büyük bir fark yaratıyor.

Ayrıca, veriler DRAM’den 50 kat daha hızlı okunabiliyor; erişim süreleri ise 1 ile 10 nanosaniye arasında değişiyor. Ancak bu üstün performans özellikleri, her zaman gerçek dünyada daha iyi performansa dönüşmüyor. Araştırma ekibi HGCM teknolojisinin bazı durumlarda SRAM’den daha yavaş olabileceğini, özellikle de daha yüksek veri yoğunluğuna sahip yapılandırmalarda bu yavaşlığın yaşanabileceğini belirtiyor.

Her ne olursa olsun, HGCM teknolojisinin en önemli özelliği, düşük seviyeli önbellekler için çok önemli olan daha yüksek depolama kapasitesi sunabilmesi. Daha büyük önbellekler, CPU veya GPU’nun sistem DRAM’inden veri aktarma süresini kısaltarak performansı ve gecikme sürelerini iyileştirebilir. Esasında bu prensip, AMD’nin 3D V-Cache teknolojisinin temelini oluşturuyor.