7043

7043

افزايش قابليت اطمينان حافظه هاي روي تراشه در پردازنده هاي مدرن با استفاده از حافظه هاي غيرفرار

كارشناسي ارشد

كامپيوتر - معماري سيستم هاي كامپيوتري

پاييز 1392

پاييز 1392

دكتر مهدي فاضلي - دكتر سيد وحيد ازهري

چكيده حافظه¬ها يكي از مهم‌ترين اجزاي پردازنده‌ها از نقطه نظر قابليت اطمينان هستند. با كاهش ابعاد فناوري¬ ساخت حافظه¬ها به سمت مقياس¬هاي نانومتري، سطح ولتاژ و فاصله¬ي بين عناصر حافظه كمتر شده است. اين موضوع سبب شده تا حساسيت حافظه¬ها نسبت به برخورد ذرات پرانرژي به مراتب بيشتر شود. به منظور برطرف نمودن اين مشكل، به تازگي سعي شده است از فناوري¬هاي كاراتري به نام حافظه¬هاي غير فرار استفاده شود. اين حافظه¬ها كه در مقابل خطاهاي نرم كاملاً مقاوم هستند، چگالي ساخت بالايي دارند و جريان نشتي آن‌ها نزديك به صفر است. علارغم ويژگي¬هاي مثبت ذكر شده، تعداد دفعات نوشتن در حافظه¬هاي غيرفرار محدود است. همچنين تأخير عمليات نوشتن در آن¬ها زياد مي¬باشد. رويكردي كه در اين رساله براي مقابله با چالش¬هاي استفاده از حافظه¬ي نهان به كار برده خواهد شد، كاهش تعداد دفعات عمليات نوشتن است كه ضمن افزايش طول عمر حافظه¬ي مورد نظر، باعث كاهش انرژي مصرفي هم مي-گردد. به طور خلاصه محورهاي پژوهشي اين پايان¬نامه عبارتند از: 1) استفاده از حافظه¬ي غير فرار در بانك ثبات؛ با توجه به اينكه بانك ثبات حاوي حياتي¬ترين داده¬هاي يك پردازنده است، افزايش قابليت اطمينان آن بسيار حائز اهميت است كه ما با استفاده¬ از حافظه¬ي غير فرار آن را در مقابل برخورد ذرات پرانرژي كاملا مقاوم خواهيم نمود. اما براي اينكه محدوديت تعداد دفعات نوشتنِ اين نوع حافظه، باعث كاهش طول عمر پردازنده نشود بايد عملياتِ نوشتن در اين حافظه را به طور چشمگيري كاهش دهيم. مشاهداتي كه تا كنون انجام داده¬ايم نشان داده ¬است كه در بسياري از موارد، مقداري كه در يك ثبات نوشته مي¬شود، بعد از مدت زمان كوتاهي با مقدار ديگري جايگزين مي¬گردد. با بهره گيري از وجود بافر تغيير نوبت ، با سرآيند كم مي-توان چنين ثبات¬هايي را تشخيص داد و از چنين عمليات نوشتن در بانك ثبات جلوگيري نمود. در مورد بانك ثبات، توانسته¬ايم طول عمر را تا 94 درصد افزايش دهيم و در مصرف توان هم 30 درصد صرفه جويي نماييم. ضمناً مساحت اشغالي بانك ثبات به ميزان 5 درصد كاهش يافته است. 2) استفاده از حافظه-ي غير فرار در حافظه¬ي نهان: به منظور افزايش قابليت اطمينان در مقابل برخورد ذرات پرانرژي مي¬توان از حافظه¬هاي غير فرار در حافظه¬ي نهان سطحِ يك هم استفاده نمود. در مقايسه با بانك ثبات، تعداد دسترسي¬ها به حافظه¬ي نهان سطح يك بسيار كم¬تر است. روش¬هايي مشابه موارد فوق را در اين حافظه¬ نيز بسط داده¬ايم. به طور كلي هدف اين است كه نوشتن¬هايي كه ضرورتي به انجام¬ آن‌ها نيست را لغو كنيم. در مورد حافظه¬ي نهان هم طول عمر به ميزان 89 درصد و توان مصرفي به ميزان 80 درصد بهبود يافته است. در عين حال مساحت اشغالي توسط حافظه¬ي نهان سطح يك 57 درصد كاهش يافته است. واژههاي كليدي: حافظه¬هاي غيرفرار، قابليت اطمينان، برخورد ذرات پرانرژي