حافظه eSRAM (کش L4) چیست و چه تفاوتی با دیگر حافظه ها دارد

در این مقاله بیشتر در مورد حافظه eSRAM تعبیه شده در تراشه (L4) و کاربرد آن صحبت خواهیم کرد؛ از این رو اگر با اصطلاحات و واژگانی جدیدی همچون حافظه های eDRAM ، حافظه کش (حافظه پنهان)، حافظه های DRAM ، حافظه های SRAM ، سطوح حافظه کش ، مواجه شدید که در مورد آن‌ها اطلاعی ندارید، می‌توانید به لینک‌های زیر مراجعه کنید.

حافطه SRAM با سرعت بالا چیست و چه کاربردی در پردازنده ها دارد؟

همان‌طور که در مقاله‌ی قبلی در مورد حافظه SRAM و کاربرد و تفاوت آن با DRAM صحبت کردیم،

کش های داخل پردازنده ها از سطح یک تا سطح سه همگی از جنس SRAM‌ می‌باشند. حافظه کش پردازنده‌ها از نوع ”حافظه‌های SRAM با سرعت بالا“ می‌باشد؛ به این خاطر پردازنده ها از حافظه SRAM استفاده می‌کند زیرا دسترسی به آن‌ با سرعت بالاتری در مقایسه با دیگر RAM ها می‌باشد. همان‌طور که در مقالات قبلی گفتیم این حافظه ها در داخل یک تراشه‌ی CPU‌ مجتمع شده است و یا بر روی یک تراشه بصورت جداگانه قرار گرفته اند که از طریق یک اتصال باس جداگانه به CPU متصل می‌شود. در ضمن از SRAM ها در ریجسترهای [1] داخل پردازنده‌ها نیز استفاده می‌شود.

تفاوت حافظه SRAM با DRAM در چیست و چرا از آن به عنوان حافظه داخل پردازنده استفاده می‌کنند؟ 

SRAM ها در مقایسه با DRAM ها انرژی کمتری مصرف می‌کند

ولی اندازه‌ی فیزیکی بزرگتری دارند و هر بیت سلول آن‌ها بزرگتر می‌باشد.

در نتیجه به دلیل بزرگتر بودن آن‌ها ظرفیت کمتری در داخل تراشه خواهند داشت اما از آنجایی که طول عمر [2]، قابلیت اطمینان [3] و همچنین سرعت بالاتری نسبت به DRAM ها دارند، از آن‌ها به عنوان حافظه های کش استفاده می‌شود. در ضمن هزینه‌ی ساخت هر بیت سلول SRAM ها در مقایسه با DRAM ها بیشتر است که این امر خود باعث کاهش ظرفیت حجم کش در پردازنده‌های اقتصادی می‌شود.

حافظه تعبیه شده در تراشه eSRAM چیست و چه کاربردی دارد و تفاوت آن با حافظه های eDRAM به چه صورت می‌باشد؟

اما حافظه SRAM تعبیه شده در یک تراشه که به آن eSRAM می‌گویند، همان‌طور که در مقاله قبل اشاره کردیم (لینک) برخلاف eDRAM ها نیازی به کنترل‌کننده‌های بازیابی نخواهد داشت و این مسئله باعث کاهش توان مصرفی در کش‌ها می‌شود. با این وجود eDRAM ها فضای کمتری اشغال می‌کند اما تاخیر بیشتری نسبت به eSRAM ها دارد، بنابراین صرفا برای افزایش دسترسی به حافظه در یک تراشه بهتر است از eSRAM ها استفاده شود تا از حافظه های eDRAM. بنابراین برای پردازنده‌های که عموما برای اهدافی خاصی مانند پردازش بلادرنگ [4] سیگنال‌های دیجیتال که نیاز به سرعت پردازشی و دسترسی به حافظه‌ی بالایی دارند؛ از حافظه eSRAM به جای eDRAM استفاده خواهد شد.

کاربرد حافظه تعبیه شده eSRAM در پردازنده‌ها و نحوه‌ی عملکرد و مقایسه آن با دیگر حافظه‌ها

 گاهی اوقات نه تنها  سرعت دسترسی یه این حافظه حائز اهمیت است بلکه در مواردی از آن برای صرفه جویی در مصرف توان نیز به صورت مستقیم یا غیر مستقیم استفاده شده است به عنوان مثال در تراشه پردازنده‌ی گرافیکی کنسول بازی ایکس‌باکس وان [5] از حافظه eSRAM به جای eDRAM تحت عنوان کش یا بافر پردازنده استفاده شد.

شکل ۱-۱ حافظه eSRAM در کنسول بازی ایکس‌باکس 

این در حالی است که از حافطه DDR3 (دی‌دی‌آر-سه) [6] نیز برای پردازنده بصورت جداگانه در نظر گرفته شده بود؛ استفاده از حافظه کش eSRAM در این پردازنده به این خاطر بود که ظرفیت حجم کش بیشتر شود و همچنین در افزایش سرعت پردازشگر کمک کند. اما طبق گفته شرکت سازنده در زمانی که پردازشگر به پردازش کمی نیاز دارد، پردازشگر در نرخ سرعت DDR3 اجرا می‌شود و زمانی که به پردازش‌های سنگین و بالای نیاز باشد، پردازشگر با سرعت حافظه eSRAM اجرا می‌شود.

شرکت مایکروسافت از حافظه eSRAM و همچنین حافظه DDR3 برای کنسول بازی ایکس‌باکس وان استفاده کرد.

در صورتی که رقیب آن شرکت سونی برای کنسول بازی پلی‌استیشن ۴ [7] تنها از حافظه گرافیکی GDDR5 (جی‌دی‌دی‌آر-۵) [8] استفاده کرد و دیگر خبری از حافظه تعبیه شده eSRAM یا eDRAM در تراشه پردازنده گرافیکی نبود.

لازم به ذکر است شرکت مایکروسافت از کنسول‌‌بازی ایکس‌باکس 360 [9] از حافظه‌ تعبیه شده از نوع eDRAM تعبیه شده در تراشه و حافظه‌ی GDDR5 (جی‌دی‌دی‌آر-۵) [10] استفاده کرد.

مقایسه سه کنسول‌بازی از نظر استفاده از حافظه های مختلف :

در هر سه کنسول، کنسول بازی سونی سرعت بالاتری در پردازش و نیز پهنای باند حافظه‌ای بیشتری دارد اما از لحاظ هزینه، گران‌تر است. همچنین در این کنسول توان بیشتری مصرفی می‌شود. درصورتی که در ایکس‌باکس وان بخاطر استفاده از DDR3 و eSRAM سرعت پردازشی و پهنای باند حافظه‌ای متوسطی دارد اما هزینه و همچنین توان مصرفی کاهش قابل ملاحظه‌ای پیدا کرده است. در حالی که در ایکس‌باکس ۳۶۰ از لحاظ هزینه‌ای، سرعت پردازشی و پهنای باند کمترین در میان سه کنسول‌بازی بود. این موضوع نشان می‌دهد که استفاده از حافظه eSRAM در یک تراشه همانند eDRAM ها می‌تواند دلایلی مختلفی از جمله : هزینه، توان مصرفی، سرعت دسترسی به حافظه، فضای اشغال شده، ظرفیت حجم حافظه، طول عمر، قابلیت اطمینان و…داشته باشد.

در نهایت کش L4 یا حافظه های تعبیه شده eDRAM و eSRAM در تراشه ؟

به طور کلی در حال حاضر حافظه‌ های پنهان (کش) در پردازنده ها معمولا تا سه سطح ادامه دارد و در اکثر پردازنده‌ها حافظه کش دیگری قرار ندارد. البته در این میان پردازنده‌هایی هستند که بعد از سطحِ سوم کش L3، حافظه ی دیگری از جنس eDRAM در داخل تراشه قرار می‌گیرد که آن را می‌توان تحت عنوان ”حافظه در تراشه‌ی سطح ۴ یا همان کش L4“ نیز نام گذاری کرد، اگرچه این نام‌گذاری در مقالات علمی به صورت رسمی استفاده نشده است. همچنین در بعضی از پردازنده‌های دیگر خصوصا در پردازنده‌های گرافیکی (مانند پردازنده‌ی یکی از کنسول‌های بازی Xbox)، از حافظه تعبیه شده در تراشه‌ eSRAM به عنوان کش یا بافر استفاده شده است.

نتیجه گیری کلی در رابطه با تفاوت میان eSRAM و eDRAM 

حافظه تعبیه شده در تراشه‌ی eSRAM در مقایسه با حافظه‌ی در تراشه‌ی eDRAM سرعت بالاتری دارد،

توان کمتری مصرف می‌کند و همچنین در مجموع هزینه‌ی ساخت حافظه‌ی eSRAM پایین‌تر می‌باشد.

مراحل ساخت این حافظه‌ نیز کمتر است؛ این درحالی است که اندازه‌ی هر بیت سلول آن در مقایسه با eDRAM بزرگتر می‌باشد. اگر چه استفاده از حافظه‌ eSRAM‌ در داخل پردازند‌ه‌ها، عمدتا به بخاطر کاهش مراحل فرآیند ساخت و نیز کاهش هزینه‌ی ساخت آن می‌باشد.

زیرنوشت

[1] Registers

[2] Duration

[3] Reliability

[4] Real-time

[5] Xbox One

[6] Double Data Rate Type Three Synchronous Dynamic Random-Access Memory (DDR3 SDRAM)

[7] PlayStation 4

[8] Graphics Double Data Rate Type Five Synchronous Dynamic Random-Access Memory (GDDR5 SDRAM)

[9] Xbox 360

[10] Graphics Double Data Rate Type Three Synchronous Dynamic Random-Access Memory (GDDR3 SDRAM)