基于PCM的写操作优化策略研究与设计

发布时间：2017-10-14 13:35

  本文关键词：基于PCM的写操作优化策略研究与设计

  更多相关文章： 相变存储器 PCM DRAM 3Stage-Write 写操作 性能 寿命

【摘要】：随着大数据、云计算的兴起,计算机需要越来越大的内存来支持大规模计算的需求。但是现有普遍采用的DRAM技术在发展到现在的22nm的程度后已经遇到了瓶颈。DRAM的存储密度难以再得到大的提升。单位体积下的DRAM容量的提升程度和大规模计算对内存需求的增长程度之间存在的矛盾越来越突出。同时,大量DRAM的使用使得其能耗问题变得更为突出。据统计,DRAM的功耗可以占到整个服务器能耗的40%左右,其中DRAM为了保持数据进行刷新的静态功耗可以占到DRAM功耗的40%以上。相变存储器在读写速度、能耗及使用寿命上都优于NAND Flash和机械硬盘。相变存储器的读写速度已经达到纳秒级,与传统的DRAM内存速度相当,而且比DRAM内存的空闲功耗更低、存储密度更高、抗辐射干扰。尤其是,相变存储器在断电情况下依旧能长期保存数据,能够带来更快的系统启动时间。因此,具有较强可塑性的相变存储器在未来10年内很有可能成为替代DRAM的主存储器。但PCM在拥有这些优点的同时也存在着不可避免的缺点。PCM的每个单元的写寿命只能达到108-1010这个级别,与DRAM可以进行1015次的写寿命相距较大。其次PCM的读写速度不同,读操作速度和DRAM相当,但写操作速度明显慢于DRAM。再者,PCM虽然静态功耗可以忽略,但写操作的功耗是要大于DRAM的。基于PCM优点与缺点的并存,怎样在尽可能的发挥其优点的情况下规避自身缺点成为PCM研究的主要内容之一。本文针对PCM寿命,PCM的性能发面记性了优化,综合Flip-N-Write策略以及2Stage-Write策略的优点,提出了3 Stage-Write策略。3 Stage-Write策略3 Stage-Write策略在写入操作进行之前会先进行一个比较,比较操作单元内原先的数据和需要写入的数据之间的差距,亦即海明距离。然后根据海明距离的大小决定写入数据是否翻转,从而使得需要翻转的数据位数较少。比较操作之后是两阶段的写操作过程。所有的new 0-bit将在写0阶段进行,随后new 1-bit在写1阶段完成。实验数据表明3 Stage-Write策略可以在更少的数据位翻转的情况下实现相同的数据存储工作,同2Stage-inv策略相比可以减少43.5%。同时3 Stage-Write策略的时间更短,相较于2Stage-inv策略可以减少16.6%。最后,写操作耗费能量方面可以减少34.6%。
【关键词】：相变存储器 PCM DRAM 3Stage-Write 写操作 性能 寿命
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 背景介绍12-13
• 1.2 研究现状13-16
• 1.2.1 相变存储器产品13-14
• 1.2.2 基于PCM的非易失性主存研究14-16
• 1.3 研究意义16-17
• 1.4 论文组织结构17-18
• 第2章 相关介绍18-23
• 2.1 相变存储器的工作原理18-19
• 2.2 基于PCM的主存架构19-21
• 2.2.1 混合式主存中代码/数据静态分布20
• 2.2.2 混合式主存中动态内存管理与优化20-21
• 2.2.3 混合式主存控制器关键技术21
• 2.3 小结21-23
• 第3章 3Stage-Write策略23-36
• 3.1 PCM性能优化策略介绍23-27
• 3.1.1 基于PCM自身特性的优化23-24
• 3.1.2 通过写操作的特性24-25
• 3.1.3 通过对写入数据的重新编码25-26
• 3.1.4 通过纠错机制26-27
• 3.2 3Stage-Write策略主要思想27-29
• 3.3 算法介绍29-30
• 3.4 实例分析30-31
• 3.5 字长对翻转位数的影响31-32
• 3.6 性能分析及对比32-33
• 3.7 硬件实现33-35
• 3.8 小结35-36
• 第4章 实验数据36-42
• 4.1 实验设置36-37
• 4.2 翻转位数对比37-39
• 4.3 写操作时间对比39-40
• 4.4 能量消耗对比40-41
• 4.5 小结41-42
• 第5章 总结与展望42-44
• 5.1 总结42-43
• 5.2 课题展望43-44
• 参考文献44-49
• 致谢49-50
• 攻读学位期间发表的主要学术论文50-51
• 附件51

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本文编号：1031388