Mengapa RAM (tipe apa pun) waktu akses berkurang dengan sangat lambat?

Artikel ini menunjukkan bahwa DDR4 SDRAM memiliki bandwidth DDR1 SDRAM sekitar 8x lebih banyak. Tetapi waktu dari pengaturan alamat kolom ke saat data tersedia hanya mengalami penurunan sebesar 10% (13,5ns). Pencarian cepat menunjukkan bahwa waktu akses async tercepat. SRAM (18 tahun) berusia 7 tahun. Mengapa waktu akses SDRAM menurun sangat lambat? Apakah alasannya ekonomi, teknologi, atau fundamental?

Itu karena lebih mudah dan lebih murah untuk meningkatkan bandwidth DRAM daripada mengurangi latensi. Untuk mendapatkan data dari deretan ram yang terbuka, diperlukan jumlah pekerjaan yang tidak sepele.

Alamat kolom perlu diterjemahkan, muxes yang memilih jalur mana yang harus diakses perlu didorong, dan data perlu bergerak melintasi chip ke buffer output. Ini membutuhkan sedikit waktu, terutama mengingat bahwa chip SDRAM dibuat pada proses yang disesuaikan dengan kepadatan ram tinggi dan bukan kecepatan logika tinggi. Untuk meningkatkan bandwidth katakanlah dengan menggunakan DDR (1,2,3 atau 4), sebagian besar logika dapat diperluas atau disalurkan melalui pipa, dan dapat beroperasi pada kecepatan yang sama seperti pada generasi sebelumnya. Satu-satunya hal yang perlu lebih cepat adalah driver I / O untuk pin DDR.

Sebaliknya, untuk mengurangi latensi seluruh operasi perlu dipercepat, yang jauh lebih sulit. Kemungkinan besar, bagian dari ram harus dibuat pada proses yang mirip dengan untuk CPU kecepatan tinggi, meningkatkan biaya secara substansial (proses kecepatan tinggi lebih mahal, ditambah setiap chip harus melalui 2 proses yang berbeda).

Jika Anda membandingkan cache CPU dengan RAM dan hard disk / SSD, ada hubungan terbalik antara penyimpanan yang besar, dan penyimpanan yang cepat. L1 $ sangat cepat, tetapi hanya bisa menampung antara 32 dan 256kB data. Alasannya begitu cepat adalah karena kecil:

• Itu dapat ditempatkan sangat dekat dengan CPU menggunakannya, artinya data harus menempuh jarak yang lebih pendek untuk mendapatkannya
• Kabel di atasnya dapat dibuat lebih pendek, lagi-lagi berarti dibutuhkan lebih sedikit waktu untuk melakukan perjalanan melintasinya
• Itu tidak memakan banyak area atau banyak transistor, jadi membuatnya pada proses yang dioptimalkan dengan kecepatan dan menggunakan banyak daya per bit yang disimpan tidak terlalu mahal

Saat Anda naik hierarki, setiap opsi penyimpanan memiliki kapasitas yang lebih besar, tetapi juga lebih besar di area dan semakin jauh dari perangkat yang menggunakannya, artinya perangkat harus menjadi lebih lambat.

C_Elegans memberikan satu bagian dari jawaban - sulit untuk mengurangi latensi keseluruhan dari siklus memori.

Bagian lain dari jawabannya adalah bahwa dalam sistem memori hierarkis modern (multi level caching), bandwidth memori memiliki pengaruh yang jauh lebih kuat pada kinerja sistem secara keseluruhan daripada latensi memori , dan dengan demikian semua upaya pengembangan terbaru telah difokuskan.

Ini berlaku dalam komputasi umum, di mana banyak proses / utas berjalan secara paralel, serta sistem tertanam. Sebagai contoh, dalam pekerjaan video HD yang saya lakukan, saya tidak peduli tentang latensi pada urutan milidetik, tetapi saya memang membutuhkan beberapa gigabyte / detik bandwidth.

Saya tidak memiliki banyak wawasan, tapi saya berharap itu sedikit dari semuanya.

Ekonomis

Untuk sebagian besar komputer / telepon, kecepatannya lebih dari cukup. Untuk penyimpanan data yang lebih cepat, SSD telah dikembangkan. Orang-orang dapat menggunakan video / musik dan tugas-tugas intensif kecepatan lainnya dalam (hampir) waktu nyata. Jadi tidak perlu begitu banyak kecepatan (kecuali untuk aplikasi spesifik seperti prediksi cuaca dll).

Alasan lain adalah untuk memproses kecepatan RAM yang sangat tinggi, diperlukan CPU yang cepat. Dan ini dilengkapi dengan banyak penggunaan daya. Karena kecenderungan menggunakannya dalam perangkat baterai (seperti ponsel), mencegah penggunaan RAM yang sangat cepat (dan CPU), sehingga membuatnya juga tidak berguna secara ekonomis untuk membuatnya.

Teknis

Dengan ukuran chip / IC yang menurun (level nm sekarang), kecepatannya naik, tetapi tidak signifikan. Ini lebih sering digunakan untuk meningkatkan jumlah RAM, yang dibutuhkan lebih keras (juga alasan ekonomi).

Mendasar

Sebagai contoh (keduanya adalah sirkuit): cara termudah untuk mendapatkan lebih banyak kecepatan (digunakan oleh SSD), adalah dengan hanya menyebarkan beban ke beberapa komponen, dengan cara ini kecepatan 'pemrosesan' juga bertambah. Bandingkan menggunakan 8 USB stick membaca dari pada saat yang sama dan menggabungkan hasilnya, alih-alih membaca data dari 1 USB stick satu sama lain (memakan waktu 8 kali lebih lama).