طراحي حافظه‏ي نهان سطح آخر باقابليت بازپيكربندي مجدد مبتني بر حافظه هاي غير فرار به ‌منظور كاهش توان مصرفي در سيستم پردازنده هاي چندهسته‌اي

كارشناسي ارشد

چكيده به دليل كاهش سايز ترانزيستورها، امكان ساخت تراشه¬هاي با تراكم بالا كه شامل چندين هسته¬ي پردازشي هستند، فراهم شده است. در اين راستا، به¬دليل قرار گرفتن تعداد بسيار زياد ترانزيستور در سطح تراشه توان مصرفي نشتي و پويا افزايش يافته كه اين امر باعث شده است در طراحي¬هاي نانو امكان فراهم كردن بودجه توان مصرفي اين تراشه¬ها امكان¬پذير نباشد. پيش¬بيني¬هاي ITRS مبني بر اين است كه در تكنولوژي 22 nm در سال 2014 حدود 21% كل تراشه غيرفعال بوده و در خاموشي به سر خواهد برد و در تكنولوژي 8 nm در سال 2018 نيز بيش از 50% كل تراشه غير فعال خواهد بود. اين پديده به¬عنوان مسئله سيليكون تاريك در طراحي نانو مطرح مي¬شود. افزايش توان مصرفي نه تنها باعث افزايش هزينه و افزايش خاموشي در سطح تراشه خواهد شد، بلكه افزايش دماي تراشه را نيز به¬دنبال خواهد داشت. افزايش درجه حرارت سيستم و ايجاد نقاط داغ، مي¬تواند منجر به از كار افتادن و حتي ذوب شدن تراشه شود. هم¬چنين اين پديده قابليت اطمينان تراشه را تحت تأثير قرار داده و منجر به كاهش طول عمر آن مي¬گردد. بدين منظور معماري¬ها و تكنيك¬هاي گوناگوني پيشنهاد شده كه در آن¬ها سعي بر آن است تا حد ممكن توان مصرفي را كاهش داده و اين انرژي را در راستاي روشن كردن هسته¬هاي بيشتر و بهبود مشكلات گفته شده، استفاده كرد. ماژول¬هاي حافظه و بانك¬هاي حافظه¬ي نهان كه وظيفه ذخيره داده¬ها بر روي تراشه را دارند، از بخش¬هاي اصلي معماري سيستم¬هاي روي تراشه محسوب شده و سهم قابل مقايسه¬اي در توان مصرفي كل تراشه را دارا مي¬باشند. فن¬آوري¬هاي نوين حافظه و پديده¬ي حافظه¬هاي غيرفرار كه خصوصياتي نظير تراكم بالاتر در واحد مساحت و توان مصرفي نشتي خيلي ناچيز (تقريبا نزديك به صفر) در مقايسه با تكنولوژي¬هاي قديمي مي¬باشند را مي¬توان به عنوان جايگزيني ايده¬آل براي استفاده در معماري¬هاي چندپردازنده¬اي نسل آينده مطرح شوند. اين پيشنهاد مي¬تواند راه¬حل مناسبي براي مسئله¬ي نوظهور سيليكون تاريك باشد. در اين پايان‌نامه، پس از طرح مسئله و مشكلات پيش رو در روند مجتمع‏سازي هسته‏هاي ‏پردازشي روي تراشه‏ي واحد، به مطالعه دقيق ويژگي‏هاي تكنولوژي حافظه‏هاي غيرفرار پرداخته و سعي بر آن شده كه با در نظر گرفتن خصوصيات آن‏ها به ارائه‏ي يك معماري‏ تركيبي قابل بازپيكربندي مجدد براي حافظه‏ي نهان سطح آخر در سيستم‏هاي چندهسته‏اي نسل آينده پرداخته شود. هدف از ارائه¬ي اين معماري استفاده كارآمد از انرژي مي¬باشد. در اين معماري از ميان حافظه‏هاي غير فرار، حافظه‏ي غير فرار STT-RAM به دليل كاهش محدوديت در تعداد عمليات نوشتن و قابليت تجميع بهينه با مدارات CMOS به همراه حافظه‏هاي SRAM استفاده مي‏شود. واژه‌هاي كليدي: حافظه‏ي نهان، حافظه‏هاي غير فرار، توان مصرفي، دما، سيستم‏هاي چندپردازنده‌اي، سيليكون تاريك

189139

دانشگاه علم و صنعت ايران

معماري سيستم‏هاي كامپيوتري

دكتر محمود فتحي - دكتر محمد رضا جاهد مطلق