基于PCM的寫(xiě)操作優(yōu)化策略研究與設(shè)計(jì).pdf

1、隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算的興起，計(jì)算機(jī)需要越來(lái)越大的內(nèi)存來(lái)支持大規(guī)模計(jì)算的需求。但是現(xiàn)有普遍采用的DRAM技術(shù)在發(fā)展到現(xiàn)在的22nm的程度后已經(jīng)遇到了瓶頸。DRAM的存儲(chǔ)密度難以再得到大的提升。單位體積下的DRAM容量的提升程度和大規(guī)模計(jì)算對(duì)內(nèi)存需求的增長(zhǎng)程度之間存在的矛盾越來(lái)越突出。同時(shí)，大量DRAM的使用使得其能耗問(wèn)題變得更為突出。據(jù)統(tǒng)計(jì)，DRAM的功耗可以占到整個(gè)服務(wù)器能耗的40％左右，其中DRAM為了保持?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行刷新的靜態(tài)功耗可以占到

2、DRAM功耗的40％以上。
　　相變存儲(chǔ)器在讀寫(xiě)速度、能耗及使用壽命上都優(yōu)于NAND Flash和機(jī)械硬盤(pán)。相變存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)速度已經(jīng)達(dá)到納秒級(jí)，與傳統(tǒng)的DRAM內(nèi)存速度相當(dāng)，而且比DRAM內(nèi)存的空閑功耗更低、存儲(chǔ)密度更高、抗輻射干擾。尤其是，相變存儲(chǔ)器在斷電情況下依舊能長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)，能夠帶來(lái)更快的系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間。因此，具有較強(qiáng)可塑性的相變存儲(chǔ)器在未來(lái)10年內(nèi)很有可能成為替代DRAM的主存儲(chǔ)器。
　　但PCM在擁有這些優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)

3、也存在著不可避免的缺點(diǎn)。PCM的每個(gè)單元的寫(xiě)壽命只能達(dá)到108-1010這個(gè)級(jí)別，與DRAM可以進(jìn)行1015次的寫(xiě)壽命相距較大。其次PCM的讀寫(xiě)速度不同，讀操作速度和DRAM相當(dāng)，但寫(xiě)操作速度明顯慢于DRAM。再者，PCM雖然靜態(tài)功耗可以忽略，但寫(xiě)操作的功耗是要大于DRAM的?；赑CM優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)的并存，怎樣在盡可能的發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)的情況下規(guī)避自身缺點(diǎn)成為PCM研究的主要內(nèi)容之一。本文針對(duì)PCM壽命，PCM的性能發(fā)面記性了優(yōu)化，綜合Flip

4、-N-Write策略以及2Stage-Write策略的優(yōu)點(diǎn)，提出了3 Stage-Write策略。3Stage-Write策略3Stage-Write策略在寫(xiě)入操作進(jìn)行之前會(huì)先進(jìn)行一個(gè)比較，比較操作單元內(nèi)原先的數(shù)據(jù)和需要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)之間的差距，亦即海明距離。然后根據(jù)海明距離的大小決定寫(xiě)入數(shù)據(jù)是否翻轉(zhuǎn)，從而使得需要翻轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)位數(shù)較少。比較操作之后是兩階段的寫(xiě)操作過(guò)程。所有的new0-bit將在寫(xiě)0階段進(jìn)行，隨后new1-bit在寫(xiě)1階段完成