非易失性MRAM存儲器應用于各級高速緩存

發布時間：2020-11-5 17:14 發布者：宇芯電子

關鍵詞： MRAM , DRAM , SRAM , MRAM技術

磁阻式隨機存儲器MRAM是一種新型存儲器,其優點有讀取速度快和集成度高及非揮發性等。目前許多研究主要是致力于將MRAM運用于計算機存儲系統中。同時非易失性MRAM存儲器也應用于各級高速緩存。

MRAM替代SRAM做L2高速緩存
首先比較具有同樣面積的MRAM和SRAM。直接用相同面積的MRAM替換SRAM作L2高速緩存能降低錯誤率。但是寫入延時較長。當寫入操作強度高時,錯誤率降低的優勢會被長延時所抵消導致性能下降。雖然這種直接替代能大大降低漏功耗,但當寫入密集時,動態功耗顯著增加,使減少能耗的效果變差。若直接用相同面積的MRAM替代sram ,在寫入操作較密集時,其寫入長延時和高能耗等缺點會抵消其優勢。

MRAM作為L3高速緩存
L2容量過大會增加存取延時所以不適用。在存儲體系中增加一級L3高速緩存的可行性。研究者計算出一個128MB,4-banks，16-way,256-byte block的高速緩存面積只有161mm2,適合堆疊在目前的處理器上。時間模型表明其延時只有15.82ns,遠少于存儲器平均存取時間。在不同的情況下的IPC速度增加了0.03%到108%。對L2高速緩存錯誤率較高的情況有很大改進。并且這種改進只需要增加0.4W的功耗。

MRAM用作主存
有關研究已證明片上堆疊DRAM存儲器的可行性。與DRAM相比的MRAM不需要周期性刷新。但是目前還是DRAM的集成度最高。目前堆疊DRAM技術的性能提高為19%(對于整數）和40%(對于浮點數)。我們有理由相信堆疊MRAM技術因其具有更短的延時而會有更好的表現。

雖然MRAM低功耗的特點使其能夠實現多層堆疊而不用擔心溫度方面的問題,但是延時會增加,而且堆疊層數過多會導致成品率下降。因此目前的MRAM技術要應用于主存儲器還不夠成熟(因為其容量不夠大) ,但是可以用于對低功耗有特殊要求的嵌入式設備。

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