全新架構(gòu)的內(nèi)存

最近，英特爾與鎂光公司開(kāi)發(fā)出了一個(gè)全新架構(gòu)的內(nèi)存模塊：混合存儲(chǔ)立方體，每個(gè)混合存儲(chǔ)立方體的性能都在DDR3模塊的15倍以上，傳輸每比特?cái)?shù)據(jù)的能耗比DDR3低70%，層疊架構(gòu)所占用的空間比現(xiàn)在的RDIMM內(nèi)存模塊少近90%。

現(xiàn)在的內(nèi)存在多內(nèi)核處理器出現(xiàn)后開(kāi)始成了系統(tǒng)的瓶頸，當(dāng)前的內(nèi)存模塊由于帶寬不高以及讀寫(xiě)速度太慢，所以根本無(wú)法以足夠快的速度將數(shù)據(jù)傳輸?shù)教幚砥鳌．?dāng)新一代的處理器出現(xiàn)時(shí)，這一問(wèn)題將進(jìn)一步惡化，因?yàn)樾碌奶幚砥鞅厝粚?duì)內(nèi)存的效率與性能提出更高的要求。與此同時(shí)，智能手機(jī)和平板電腦的快速發(fā)展也將對(duì)內(nèi)存模塊的能耗與體積有更高的要求，這些設(shè)備都需要內(nèi)存在容量更大的同時(shí)體積更小并且更節(jié)能。為此，英特爾與鎂光公司開(kāi)發(fā)出了一個(gè)全新架構(gòu)的內(nèi)存模塊：混合存儲(chǔ)立方體（Hybrid Memory Cube，簡(jiǎn)稱HMC），混合存儲(chǔ)立方體上方是使用IBM硅通孔（Through Silicon Via，簡(jiǎn)稱TSV，一種連接集成電路三維模塊中各堆疊芯片的新技術(shù)）技術(shù)連接的芯片垂直堆棧，核心是垂直堆棧下方的一個(gè)小型的高速邏輯層，它能夠快速、高效地為處理器的每一個(gè)內(nèi)核傳輸數(shù)據(jù)。

速度快、能耗低

在2011年的英特爾IDF上，英特爾與鎂光公司首次展示了包含4個(gè)內(nèi)存層的混合存儲(chǔ)立方體原型。在主板能夠提供相應(yīng)支持的情況下，它能以128GB/s的速度傳輸數(shù)據(jù)。當(dāng)然，這對(duì)于主板廠商來(lái)說(shuō)無(wú)疑是一個(gè)艱巨的任務(wù)，他們必須制造出能夠處理如此龐大數(shù)據(jù)流的主板，如何才能夠讓混合存儲(chǔ)立方體高達(dá)128GB/s的數(shù)據(jù)傳輸帶寬不因主板而受影響將是一個(gè)不小的技術(shù)難題。與此同時(shí)，系統(tǒng)中硬盤等其他的設(shè)備，讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的速度也需要相應(yīng)地提高，這可能必須寄希望于下一代的存儲(chǔ)技術(shù)，新的技術(shù)使硬盤的速度達(dá)到目前固態(tài)硬盤的5倍。

與當(dāng)前DRAM模塊中緩慢的并行接口不同，混合存儲(chǔ)立方體在硅通孔技術(shù)的支持下，芯片垂直堆棧與邏輯層之間的帶寬高達(dá)1TB/s，相比目前最新的DDR3內(nèi)存11GB/s的傳輸速度，創(chuàng)新的接口可以確保每個(gè)混合存儲(chǔ)立方體的性能都在DDR3模塊的15倍以上。除了需要頻繁讀寫(xiě)內(nèi)存的Windows系統(tǒng)能夠從中獲益以外，視頻編輯軟件等密集型計(jì)算的應(yīng)用也都將從中受益。

除此之外，混合存儲(chǔ)立方體的邏輯層還解決了另一個(gè)問(wèn)題。眾所周知，現(xiàn)在多核芯處理器已經(jīng)擁有多達(dá)16個(gè)內(nèi)核，并且增加的趨勢(shì)還很明顯，而目前的內(nèi)存模塊必須通過(guò)外部?jī)?nèi)存控制器這一唯一的路徑與處理器連接，因而無(wú)法為處理器的各個(gè)內(nèi)核及時(shí)提供數(shù)據(jù)。混合存儲(chǔ)立方體則不同，邏輯層矩陣開(kāi)關(guān)能夠從特定的存儲(chǔ)層向某個(gè)處理器的內(nèi)核定向發(fā)送數(shù)據(jù)，或者發(fā)送到其他連接在一起的混合存儲(chǔ)立方體。處理器的每一個(gè)內(nèi)核都能夠與內(nèi)存模塊建立直接的連接，并且每一個(gè)連接都能夠以最高的速度運(yùn)行。因而，混合存儲(chǔ)立方體不會(huì)在處理器內(nèi)核數(shù)量持續(xù)增多的情況下成為瓶頸，即使處理器已經(jīng)發(fā)展到近百個(gè)內(nèi)核，混合存儲(chǔ)立方體只需通過(guò)邏輯層提供更多的連接，即可保持內(nèi)存與處理器之間的數(shù)據(jù)傳輸速度不受任何影響。

三星推出的RDIMM（Registered Dual In-line Memory Module，主流的DRAM模塊解決方案）內(nèi)存模塊也采用類似的設(shè)計(jì)，同樣使用IBM的硅通孔技術(shù)連接模塊中的存儲(chǔ)層，但是它缺少了一個(gè)類似混合存儲(chǔ)立方體的邏輯層，仍然需要像普通的內(nèi)存一樣，通過(guò)外部?jī)?nèi)存控制器這一唯一的路徑與處理器連接。因此，它對(duì)于多內(nèi)核處理器的支持以及性能都無(wú)法與混合存儲(chǔ)立方體相提并論。當(dāng)然，與普通的DDR3內(nèi)存模塊相比，三星RDIMM內(nèi)存模塊仍然具有明顯的優(yōu)勢(shì)，其存儲(chǔ)密度提升了1倍，能耗也降低了40%。不過(guò)，得益于邏輯層的智能內(nèi)存管理技術(shù)，混合存儲(chǔ)立方體的優(yōu)勢(shì)則更為明顯，傳輸每比特?cái)?shù)據(jù)的能耗比三星RDIMM內(nèi)存模塊低30%。理論上，混合存儲(chǔ)立方體比任何最新的DDR3模塊傳輸每比特?cái)?shù)據(jù)的能耗量要低70%。唯一的問(wèn)題是，目前仍不清楚模塊發(fā)熱的情況如何，在內(nèi)部數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)那闆r下，內(nèi)存芯片產(chǎn)生的高溫不可小覷，冷卻內(nèi)存堆棧有可能需要消耗額外的能源。

不局限于電腦的內(nèi)存

混合存儲(chǔ)立方體層疊式的架構(gòu)使其擁有一個(gè)非常緊湊的結(jié)構(gòu)，在主板上占用的空間比現(xiàn)有的RDIMM還要少近90%。因而，混合存儲(chǔ)立方體可以廣泛地應(yīng)用于包括個(gè)人電腦在內(nèi)的各種設(shè)備，甚至包括電視機(jī)、收音機(jī)和鬧鐘等。

據(jù)估計(jì)，2012年混合存儲(chǔ)立方體將開(kāi)始用于工作站和服務(wù)器，2013年將開(kāi)始大量生產(chǎn)，2015年、2016年左右進(jìn)入消費(fèi)領(lǐng)域，也就是說(shuō)，個(gè)人電腦用戶可能需要到2015年才能用上混合存儲(chǔ)立方體。