Új típusú számítógép-memóriák szimulációs vizsgálata Szandtner Zoltán, mérnök informatikus hallgató Konzulens: Dr. Vári-Kakas István PhD Tisztelt hallgatóság! Előadásom témája...

Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák Tartalomjegyzék A memóriahierarchia A memóriafal Új memória technológiák Szimulációs modellek hierarchiája Cella szintű mérések NVMSpice-szal Chip szintű mérések Destiny-vel Konklúzió Irodalomjegyzék Előadásom a következő tematikát követi. Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák

Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák A memóriahierarchia A memóriafal Új memória technológiák Szimulációs modellek hierarchiája Cella szintű mérések NVMSpice-szal Chip szintű mérések Destiny-vel Konklúzió Irodalomjegyzék Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák

A memóriahierarchia / 1 Feladatok: Adatok tárolása (Mennyi adatot? Mennyi ideig?) Adatok rendelkezésre bocsájtása (Milyen gyorsan?) Sokféle tároló (Más-más feladatra optimalizálva) A számítástechnikában állandó feladat az adatok tárolása és rendelkezésre bocsájtása Előadásomban az adat fogalmába, a feldolgozott információ mellett, beleértjük magát a futtatandó programot is. Felmerül, hogy mennyi adatot, mennyi ideig kell tárolnunk és milyen gyorsan kell rendelkezésre bocsássuk. Az eltérő igények, sokféle tároló használatához vezettek. 1. ábra: Adattárolók Fotók forrása: Wikipedia Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák

Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák A memóriahierarchia / 2 Az ideális (univerzális) memória: Gyors Nagy kapacitású Olcsó Egyszerre nem megy! Lehet kombinálni a technológiákat? A lokalitás miatt lehet: Egyszerre az adatoknak csak egy töredékét használjuk A gyors hozzáférést elég ezekre biztosítani 2. ábra: Tervezési szempontok Az ideális memória gyors, nagy kapacitású és olcsó. Ezek egymásnak ellentmondó követelmények. A gyakorlatban egyszerre ezek csak egy része megvalósítható, így a különféle memóriatechnológiák más-más jellemzőkkel bírnak. Lehet-e kombinálni több technológiát egy jobb rendszer készítéséhez? Az úgynevezett lokalitás miatt ez lehetséges: egyszerre az adatoknak mindig csak egy töredékét használjuk. Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák

Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák A memóriahierarchia / 3 A számítógép architektúrák több különféle tárat használnak. A háttértárak – merevlemezek, SSD-k - nagyon-nagy kapacitásúak, de a többi tárhoz képest nagyon lassúak. A főtár kapacitása jóval kisebb, de nagyobb sebességre képes. Az aktuálisan használt adatokat ezért a főtár tartalmazza. A főtár még nem elég gyors a processzor kiszolgálásához, ezért, ahogy a háttértárak elérését a főtárral, úgy a főtár elérését ún. gyorsítótárakkal javítjuk. 4. ábra: Northbridge/Southbridge PC architektúra [1] Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák

A memóriahierarchia / 4 3. ábra: A memóriahierarchia A tárak egy hierarchiát alkotnak, amit ezzel a piramissal szokás ábárázolni. Föntről lefelé haladva, a nagy sebességtől, a nagy tároló kapacitás felé haladunk. A gyors tárak tárolt bitenkénti költsége arányosan nagyobb. 3. ábra: A memóriahierarchia Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák

A memóriahierarchia / 5 1. táblázat - tárolók jellemzői Byte/hozzáférés 1 MByte költsége Integrált cache (L1-L2) 10 200 - 20 000 Ft Külső cache (L3-L4) 100 200 - 2 000 Ft DRAM (főtár) 1000 20 Ft Diszk (háttértár) 0,2 Ft 1. táblázat - tárolók jellemzői Tároló Gyártás technológia Memória technológia Tartós Regiszterek Bulk / SOI CMOS SRAM (több portos) nem L1 cache SRAM L2 cache L3 cache SRAM / DRAM Főtár DRAM Háttértár Diszk / Flash HDD / SSD igen Konkrét szám értékeket az 1. táblázat tartalmaz. Jól látható, hogy a tár gyorsaságával arányos a bitenkénti tárolási költség. A 2. táblázat a ma alkalmazott technológiákat mutatja. 2. táblázat - tárolók jellemző technológiái Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák

Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák A memóriahierarchia A memóriafal Új memória technológiák Szimulációs modellek hierarchiája Cella szintű mérések NVMSpice-szal Chip szintű mérések Destiny-vel Konklúzió Irodalomjegyzék Memórifal alatt, azt a korlátot értjük, hogy ugyan a számítógép processzora képes lenne hasznos munkára, de várakozásra kényszerül, mert az adat még nem áll rendelkezésre. Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák

Memóriafal / 1 - A két fő technológia DRAM SRAM Ezt a jelenséget az alkalmazott két fő technológia közti különbségek okozzák. A processzorban és a gyorsítótárakban a gyors, de korlátozott kapacitású és drága SRAM-ot, a főtárban az olcsóbb, nagy kapacitású, de lasabb DRAM-ot használjuk. Az SRAM 6 alkatrészt használ és bonyolult áramkör, a DRAM egyszerűbb és csak két alkatrészből áll. A SRAM amíg áram alatt van, az adatot stabilan tárolja, ezért statikus memóriának hívják. Ugyanakkor a DRAM tárolt értéke idővel elszivárog, ezért időről-időre frissíteni kell. 4. ábra: SRAM és DRAM cellák Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák

A memóriafal / 2 – Jellemző paraméterek Tároló Regiszterek L1 cache L2 cache L3 cache Főtár Hozzáférés <1 ns 1 ns 4 ns 5 ns 10-20 ns Technológia SRAM (több portos) SRAM DRAM Üzemmód statikus dinamikus Alkatrész/cella ≥6 tranzisztor 6 tranzisztor 4–6 tranzisztor 1 tranzisztor  + 1 kondenzátor Maximum kapacitás/chip ~1 KB 64 KB 256 KB 3–12 MB 4–8 GB Ez a táblázat a mai jellemző értékeket tartalmazza. 3. táblázat: Mai memóriahierarchia Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák

A memóriafal / 3 – DRAM órajelek Az ábrán az látható, hogy ugyan a DRAM technológiák folyamatosan fejlődtek és egyre nagyobb sávszélességet biztosítanak, de maga az elemi DRAM cella sebessége alig nőtt. 5. ábra: DRAM órajalek Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák

Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák A memóriahierarchia A memóriafal Új memória technológiák Szimulációs modellek hierarchiája Cella szintű mérések NVMSpice-szal Chip szintű mérések Destiny-vel Konklúzió Irodalomjegyzék Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák

Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák Új technológiák / 1 6. ábra - Gyártás technológiák [2] Amikor új technológiáról beszélünk meg kell különböztessük a gyártástechnológiai ill. memória technológiai újdonságokat. A gyártás csíkszélessége, azaz, hogy fizikailag milyen kicsi egy-egy áramköri elem – pl. az Intel által bevezetett 14 nm-es csíkszélesség – a gyártástechnológia sajátja. Adott memória technológia különböző gyártástechnológiákkal is megvalósítható, pl. készülhet DRAM 22 nm-es csíkszélességgel és 14 nm-es csíkszélességgel is. 7. ábra - Memória technológiák [2] Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák

Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák Új technológiák / 1 6. ábra - Gyártás technológiák [2] Előadásom következő részében az új memória technológiákról lesz szó. 7. ábra - Memória technológiák [2] Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák

Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák Új technológiák / 2 Hagyományos, töltés alapú eszközök TTRAM és Z-RAM: „lebegő test” effektus [3] T-RAM: Negative Differential Resistance effektus [4,5] Más tárolási elvet használó eszközök STT-RAM (MRAM) [6] RRAM [7] Új alapanyagú áramkörök (nem szilícium) Grafén, nanocső, … Három fő ágra bonthatjuk a fejlesztéseket: Egyrészt hagyományos, töltés alapú eszközökre, amelyekben a DRAM-hoz hasonlóan töltések tárolják az információt. Az új memória technológiák következő csoportjában, más tárolási elvet használnak. Ezen belül két nagy fejlesztési irányt láthatunk. A mágneses-ellenállást használó eszközöket és a változtatható ellenállást alkalmazó eszközöket. A legújabb fejlesztések, az új alapanyagú áramkörök, amik szilícium helyett más nemrég felfedezett anyagokat használnak. Különösen ígéretesek a grafén alkalmazása. Azonban –e kutatások még nagyon korai szakaszban tartanak. Összehasonlító memória szimulációs vizsgálatokat még korai lenne végezni. Ezért evvel a fejlesztési iránnyal az előadás további részében nem foglalkozom. Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák

Új technológiák / 3 – TTRAM és Z-RAM 7. ábra - TTRAM cella [8] A TTRAM két ún. SOI-n, azaz szigetelőre felvitt szilíciumon létrehozott sorba kapcsolt tranzisztorból áll. A második tranzisztor a DRAM kondenzátorának szerepet tölt be, a közé és szigetelő közé „szorult” töltést kihasználva. Ezt a jelenséget szokás lebegőtest effektusnak hívni. Alacsony (~101) jelszint-különbsége miatt érzékeny volt a zavarokra. Ez a 0-s és 1-es állapot feszültség szintjének különbségét jelenti. A Z-RAM egy későbbi fejlesztés 2006-ból. Itt a cella kiválasztását és az adattárolást is ugyanaz az egy tranzisztor végzi. Második generációjánál a jelszint különbséget már javították. Alacsony alkatrész száma miatt rendkívül nagy kapacitást tenne lehetővé, de nem terjedt el. 8. ábra - Z-Ram tranzisztora [8] 9. ábra - TTRAM írások idődiagramja [8] Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák

Új technológiák / 4 – T-RAM 10. ábra - T-RAM cella [9] VThyristor IThyristor (Log Scale) Off State≈10pA/Cell On State≈40mA/Cell A T-RAM a tirisztor természetes NDR karakterisztikáját használja. Az eszköz ellenállása a korábban átfolyó áram hatására megváltozik az, a tirisztor „kvázi” emlékszik, hogy mi történt vele, ez tárolja az információt. Mivel ez az állapot idővel megszűnik, ezért akárcsak a DRAM-ot, időnként a T-RAM-ot is frissíteni kell. Óriási előnye, hogy gyártása semmilyen gyártástechnológiai újítást nem igényel. 2007-ben már készült egy több-ezer chipes tesztsorozat. Akárcsak a Z-RAM ez a memória technológia se terjedt el. 11. ábra - Thyristor I-V karakterisztikája [10] 12. ábra - T-RAM idődiagramja [9] Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák

Új technológiák / 5 – STT-MRAM 13. ábra – MRAM cella Az MRAM elemi cellájában az adatot egy mágneses alagútkontaktus rétegeinek mágnesezettsége hordozza. Az alagútkontaktus rövidített neve MTJ. Párhuzamos mágnesezettség esetén az eszköz ellenállása alacsony, ellentétes irányú mágnesezettség esetén magas. Az első generációs MRAM-ban az eszköz mágnesezettségének beállítása a régi ferritgyűrűs memóriához hasonlóan, közvetlen indukció útján történt. Ez az írási mód kis csíkszélességnél már nem használható, mivel nem csak az írt cella, hanem a környezetében lévők tartalmát befolyásolja. A modernebb STT-MRAM-ban ezért a névadó, ún. spinnyomaték-átvitel segítségével zajlik az írás. Az eszköz működésének megértéséhez elég a jelenségről annyit tudni, hogy egy erősen mágnesezett rétegen áthaladó áram, spin polarizálttá válik és így képes egy vékonyabb réteg mágnesezettségének irányváltására. Az STT-RAM intenzív kutatások tárgya, számos cég folytat ez irányú fejlesztéseket. A megjelent számos publikáció jó alapot nyújt a szimulációs vizsgálatokhoz. Magam is főként ezen eszköz szimulációs vizsgálatával foglalkozom. 14. ábra – MTJ ellenállása 15. ábra – STT kapcsolás [11] Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák

Új technológiák / 6 – RRAM és CBRAM 16. ábra - RRAM / CBRAM vezetési mechanizmus [12] 17. ábra – Unipoláris RRAM Az RRAM és a CBRAM rendkívül hasonló eszközök. Két elektróda közti szigetelőben vezetés létrehozásával és megszüntetetésével, mint egy kapcsolóval tárolnak adatot. A RRAM-nál egy vékony oxid rétegben hibákat, úgynevezett „oxigén lyukakat” hozunk létre amik szálvezetést tesznek lehetővé. A CBRAM-nál a szálvezetést az egyik elektródáról a szigetelőbe „oldódó” fém ionok hozzák létre. Különbség a két technológia közt, hogy az RRAM-ban először nagy áram segítségével, az eszközt „formázva” hozzu létre a szálvezetést, míg a CBRAM-nál ez nem szükséges. Ezt követően a szálvezetés már kisebb feszültséggel hozható létre és szüntethető meg. Akárcsak a T-RAM, ezek az eszközök is kvázi emlékeznek rá mi történt velük, ezért szokás memrisztornak is hívni őket. Az eszköz csak korlátozott alkalommal írható újra, ezért elsősorban háttértár fejlesztések zajlanak a két alkatrésszel. Akárcsak az STT-RAM, a memrisztív memóriák területén is intenzív kutatások zajlanak. 18. ábra - RRAM formázás [7] 19. ábra – Bipoláris RRAM Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák

Új technológiák / 7 – Összehasonlítás Memória SRAM [13] DRAM [13] TTRAM [3] T-RAM [4,5] SST-RAM [6] RRAM [7] Kapcsolási idő 0,5 ns 2‒10 ns 0,7 ns 0,5–20 ns 5–10 ns Üzemmód statikus dinamikus perzisztens Alkarész/ cella 4–6T 1T1C 1T1T 1Tir 1T1R Frissítési idő - ≤64 ms 64‒ 2000 ms 266‒ 1500 ms Írható/bit ∞ >1013 106–1010 Kapactás/chip 64 KB‒1 6 MB 4‒8 GB nem ismert 4‒16 MB 1 TB A memória-technológiák összehasonlítását elemi cellák szintjén érdemes elkezdeni, mivel chip szinten már a kapcsolóhálózat is nagymértékben befolyásolja a működést. Cella szinten az írási és olvasási műveletek közti időkülönbség már jelentős lehet, s tipikusan az utóbbi lassabb. Összehasonlító táblázatomban ezért elérési idő helyett a kapcsolási időket írtam. Ez az idő az, ami alatt a cella tároló eleme állapotot vált, azaz a 01 és 10 írási műveletek ideje. Az összes vizsgált memóriánál kitétel volt, hogy kapcsolási ideje legalább összemérhető legyen a DRAM-mal. Mindegyik új technológia sajátja, hogy lényegesen nagyobb alkatrész-sűrűségűek, mint az SRAM. A kellően kicsi kapcsolási idejű technológiáknál ezért gyorsítótárként alkalmazva jelentős kapacitás növelés érhető el. 4. táblázat: Memória technológiák összehasonlítása. Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák

Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák A memóriahierarchia A memóriafal Új memória technológiák Szimulációs modellek hierarchiája Cella szintű mérések NVMSpice-szal Chip szintű mérések Destiny-vel Konklúzió Irodalomjegyzék Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák

Szimulációs modell hierarchia Az új eszközök litográfiás gyártása drága, ezért a szimulációs tervező eszközök használata a fejlesztéseknek integrált része. Követelmény, hogy a szimulációs modell kellő hibapontossággal kövesse a valós eszközökön mért eredményeket. További igény, hogy a modell számításigénye igazodjon a modellezett rendszer komplexitásához. Az egymásnak ellentmondó igények hierarchikus modellezéshez vezettek. A memória tervezésnél szokás az ún. „bottom up” módszer használata. Ekkor a kisebb, megtervezett, ismert paraméterekkel rendelkező egységekből lépcsőzetesen építjük fel a rendszert. Az eszköz mérése többnyire a máshol is alkalmazott áramkör szimulációs szoftverrel történik. Közülük a etalonnak számítanak az ún. SPICE eszközök. Segítségükkel kimérhető az elemi cella írás- és olvasási ideje, a közben felhasznált áram, így energia mennyisége és becsülhető az eszköz megbízhatósága is. A teljes chip áramköreinek modellezéséhez leginkább a Hewlett Packard CACTI programcsaládja használatos, melyek segítségével késleltetések, órajelek, teljes chip fogyasztások becsülhetők. A rendszer szintű vizsgálathoz a Marylandi Egyetemen fejlesztett DRAMsim [41] számít etalonnak. Ez volt az első környezet amely kellő finomsággal modellezette a rendszer erőforrásait, ahhoz, hogy rendszerszintű jelenségek is vizsgálhatók legyenek. Mivel a memóriarendszer szimulátort egyéb teljes számítógéprendszerszimulátor részeként szokás használni, ezért van az ábrán az egyik ilyen szoftver, a GEM5 is. 20. ábra – Szimulációs modellek hierarchiája [14] Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák

Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák A memóriahierarchia A memóriafal Új memória technológiák Szimulációs modellek hierarchiája Cella szintű mérések NVMSpice-szal Chip szintű mérések Destiny-vel Konklúzió Irodalomjegyzék Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák

Cella szintű mérések NVMSpice-szal / 1 Mérés NVMSpice szimulációs szoftverrel [15] Netlista példa paraméterekkel: *MTJ modell és paraméterek .model nvm_in_plane sttmtj vcp=0 vcap=0 rh=1k rl=0.5k * tranzisztor modell .model nmos nmos level=54 version=4.7.0 * BL feszültség v1 nvdd 0 pwl(0 0 5ns 0 6ns 1.2v) * WL feszültség vcontrol g 0 pwl(0 0 4ns 0 5ns 1.2v) * tranzisztor kapcsolása m1 d g 0 0 nmos l=90n w=2u * MTJ kapcsolása, belső paraméter megadása n1 sttmtj nvdd d nvmmod2 theta0=0.01 Önálló munkám során először cella szintű méréseket végeztem. Ehhez a Nanyangi Műszaki Egyetemen fejlesztett NVMSpice szoftvert használtam. Ez többek közt az STT-RAM beépített modelljét is tartalmazza. Mint minden SPICE eszköznél, a mérést netlistával írtam le. Ez a komplex alkatrészek modelljeinek és paramétereinek definíciójából és a kapcsolási rajz csomópontos leírásából áll. A szükséges bemeneti paramétereket az irodalom jelentős része csak hiányosan és nem összehasonlítható formában közli. Magam a Virginiai Egyetem, STeTSiMS c. cikkében közölt alkatrész adatokra támaszkodtam, mivel a tanulmány összehasonlítható adatokat is közölt. 21. ábra – Mérés kapcsolási rajza Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák

Cella szintű mérések NVMSpice-szal / 2 NVMSpice mérés diagramjai: Diagramot készítettem az eszköz mágnesezettségének és ellenállásának változásáról. A diagramból megállapítható, hogy az írás megtörtént-e és, hogy mekkora idő alatt zajlott le a folyamat. A mérések során a referencia mérésektől részben eltérő eredményeket kaptam. Ezért felvettem a kapcsolatot az NVMSpice egyik fejlesztőjével, Yuhao Wang úrral. Ő megerősítette, hogy az szoftver ugyan friss eszköz, de a használt modell régebbi, így csak a régebbi, síkban polározott STT-RAM-ok szimulációjára alkalmas. 22. ábra – MTJ mágnesezettségének változása 23 . ábra – MTJ ellenállásának változása Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák

Cella szintű mérések NVMSpice-szal / 3 A mért eredmények még ennél az eszköznél is bizonyos fokig eltértek. Ez az NVMSpice és a referencia mérések modelljének rejtett különbségeiből származik. Az ábrán, a pirosan jelzett tartományban mért eredmények már csak elméletiek, hisz a valódi eszköz az átütés következtében tönkremegy. 24 . ábra – MTJ kapcsolási ideje az író feszültség függvényében Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák

Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák A memóriahierarchia A memóriafal Új memória technológiák Szimulációs modellek hierarchiája Cella szintű mérések NVMSpice-szal Chip szintű mérések Destiny-vel Konklúzió Irodalomjegyzék Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák

Chip szintű mérések Destiny-vel / 1 A Destiny egy statikus memóriachip szimulációs eszköz, amivel késleltetések, fogyasztás becsülhető [16,17]. A cella szintű eredmények nem követik kellő mértékben a valós eszköz értékeit  Más mérési eredményekre támaszkodunk A következő méréseket a memória hierarchia chip szintjén végeztem. Ehhez a legmodernebb, több intézmény közreműködésével készült CACTI-hoz hasonló szoftvert a Destiny-t használtam. Mivel a cella szintű mérésekkor nem sikerült a referencia méréseket kellően közelíteni, ezért a chipszintű mérés bemeneti paramétereihez, a szimulált eszköz mérési eredményie helyett más mérési eredményeket használtam. A Pittsburghi Egyetem professzora, Yiran Chen előadásának adatait használtam 5 . Táblázat – Tipikus MTJ paraméterek, Yiran Chen gyűjtése [18] Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák

Chip szintű mérések Destiny-vel / 2 A vizsgált eset: Kisméretű, 64-bites szószélességű, 8-utas, L1-L2 cache-nek használható gyorsítótár Kétféle optimalizácíó mellett: Írás késleltetésre Kiegyensúlyozott (Írás késleltetés  energia igény) (A mérések során kétféle gyorsítótárat – egy kis kapacitású gyors, és nagyobb kapacitású lassabbat – vizsgáltam, kétféle optimalizáció mellett). A szoftver azokat a chip paraméter kombinációkat keresi, ahol az leginkább eleget tesz az optimalizációs feltételeknek. Az egyik mérési sorozat során ez a legkisebb írás késleltetés volt. A másik esetén a fogyasztás és írás késleltetés legkisebb együttes kombinációja. Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák

Chip szintű mérések Destiny-vel / 3 25 . ábra – Gyors cache területe Szandtner Zoltán: Új félvezető memória kutatások

Chip szintű mérések Destiny-vel / 4 26 . ábra – Gyorsítótár olvasás késleltetése / hőleadása Szandtner Zoltán: Új félvezető memória kutatások

Chip szintű mérések Destiny-vel / 5 27 . ábra – Gyorsítótár írás késleltetése / hőleadása Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák

Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák A memóriahierarchia A memóriafal Új memória technológiák Szimulációs modellek hierarchiája Cella szintű mérések NVMSpice-szal Chip szintű mérések Destiny-vel Konklúzió Irodalomjegyzék Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák

Konklúzió / 1 - Összefoglaló A kutatás során: Irodalomkutatás segítségével összehasonlítottam a mai technológiákat. Cella szintű méréseket végeztem több különböző MTJ paraméterű szimulált eszközön. NVSim segítségével összehasonlítottam az STT-RAM és az SRAM gyorsítótárak jellemzőit. Jelenleg az STT-RAM írása még nem elég gyors, hogy kiváltsa az SRAM-ot, de bizonyos feltételek mellett jobb. Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák

Konklúzió / 2 – További kutatási irányok Cella szint Frissebb MTJ kompakt modell, pl. Nigam, et. Al [14]. Helyettesítő áramkörös MTJ modell, pl. Yu Cao & Zihan Xu [12][13] Más eszközök vizsgálata, pl. memrisztív eszközök (RRAM). Rendszer szint Dinamikus, trace vizsgálat pl. NVMain-nel vagy DramSim-mel GEM5-ben. Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák

Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák A memóriahierarchia A memóriafal Új memória technológiák Szimulációs modellek hierarchiája Cella szintű mérések NVMSpice-szal Chip szintű mérések Destiny-vel Konklúzió Irodalomjegyzék Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák

Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák Irodalomjegyzék /1 Bruce Jacob, „On Memory Systems and Their Design,” in Memory Systems: Cache, DRAM, Disk, 30 Corporate Drive, Suite 400, Burlington, MA 01803, USA, Morgan Kaufmann, imprint of Elsevier, 2008, pp. 1-14. Z. Xu, K. Sutaria, C. Yang, C. Chakrabarti és Y. Cao, „Compact modeling of STT-MTJ for SPICE simulation,” Bucharest, 2013. A High-Density Scalable Twin Transistor RAM (TTRAM) With Verify Control for SOI Platform Memory IPs. Arimoto, K., és mtsai. 11, hely nélk. : IEEE, 2007. Nov., Solid-State Circuits, IEEE Journal of, 42. kötet, old.: 2611,2619. doi: 10.1109/JSSC.2007.907185. http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=4362083 Embedded Volatile Memories. Farid Nemati, CTO T-RAM Semiconductor Inc. IEEE International Conference for Computer Aided Design (ICCAD) 2008 : IEEE, 2008. http://www.t-ram.com/technology/Publications.html Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák

Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák Irodalomjegyzék /2 A novel capacitor-less DRAM cell using Thin Capacitively-Coupled Thyristor (TCCT). Cho, Hyun-Jin, és mtsai. Electron Devices Meeting, 2005. IEDM Technical Digest. IEEE International : IEEE, 2005. old.: 311,314. doi: 10.1109/IEDM.2005.1609337. http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=1609337&isnumber=33791 A Scaling Roadmap and Performance Evaluation of In-Plane and Perpendicular MTJ Based STT-MRAMs for High-Density Cache Memory. Chun, Ki Chul, és mtsai. 2, Solid-State Circuits, IEEE Journal of : IEEE, 2013. February, 48. kötet, old.: 598,610. doi: 10.1109/JSSC.2012.2224256. http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=6374706&isnumber=6419809 Sekar, Deepak C. Resistive RAM: Technology and Market Opportunites. MonolithIC 3D Inc : NuPGATM Corporation, 2010. IEEE Santa Clara Valley Electron Devices Society. http://www.monolithic3d.com/uploads/6/0/5/5/6055488/deepak_ieee_scv_society_talk.ppt F. Morishita, H. Noda, T. Gyohten, M. Okamoto, T. Ipposhi, S. Maegawa, K. Dosaka és K. Arimoto, „A capacitorless twin-transistor random access memory (TTRAM) on SOI,” in Custom Integrated Circuits Conference. Proceedings of the IEEE 2005 , 2005. Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák

Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák Irodalomjegyzék /3 H. Mulaosmanovic, C. Compagnoni, N. Castellani, G. Carnevale, D. Ventrice, P. Fantini, A. Spinelli, A. Lacaita és Benvenuti, „Data regeneration and disturb immunity of T-RAM cells,” in Solid State Device Research Conference (ESSDERC), 2014 44th European, Venice, 2014. C. T.-R. S. I. Farid Nemati, „Embedded Volatile Memories,” IEEE International Conference for Computer Aided Design (ICCAD) 2008, 2008. X. Wang, Metallic Spintronic Devices, Boca Raton: CRC Press, 2014. Y. W. Hao Yu, Design Exploration of Emerging Nano-scale Nonvolatile Memory, New York: Springer Science+Business Media, 2014. Intel Corporation, „Performance Analysis Guide for Intel® Core™ i7 Processor and Intel® Xeon™ 5500 processors,” 2008-2009. Z. Xu, K. Sutaria, C. Yang, C. Chakrabarti és Y. Cao, „Compact modeling of STT-MTJ for SPICE simulation,” Bucharest, 2013. Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák

Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák Irodalomjegyzék /4 H. &. W. Y. Yu, „Chapter 3 - Nonvolatile State Identification and NVM SPICE,” in Design Exploration of Emerging Nano-scale Nonvolatile Memory, New York , Springer Science+Business Media, 2014. X. Dong, C. Xu, Y. Xie és N. Jouppi, „NVSim: A Circuit-Level Performance, Energy, and Area Model for Emerging Nonvolatile Memory,” Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems, IEEE Transactions on , %1. kötet31, %1. szám7, pp. 994,1007, July 2012. M. Poremba, S. Mittal, D. Li, J. Vetter and Y. Xie, "DESTINY: A tool for modeling emerging 3D NVM and eDRAM caches," in Design, Automation & Test in Europe Conference & Exhibition (DATE), Grenoble, 2015. Y. Chen, „Prediction of STT-RAM Parameters for 2012-2025,” in Cloud·Storage·Big Data Summit és 2nd Asian Nonvolatile Memory Workshop (ANVMW), Shanghai, China, 2013. Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák

Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák Köszönöm a figyelmet! Köszönöm Vári Kakas Tanár Úrnak, hogy érdeklődésemet felkeltette a téma iránt, segítségét a kutatás és a felkészülés során! Köszönöm a figyelmet! Szandtner Zoltán: Új típusú számítógép-memóriák