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基于相变存储器电流约束下片内并行写入操作研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.2.1 相变存储器产品

1.2.2 基于PCM的非易失性主存研究

1.3 本文的章节安排

1.3.1 本文的主要工作

1.3.2 本文的组织结构

第二章 相关技术研究

2.1 PCM的机理

2.2 PCM的基本特点

2.3 PCM的工作特性

2.3.1 PCM的PCM编程原理

2.3.2 PCM读取原理

2.3.3 PCM器件的工作特性

2.4 本章小结

第三章 提高PCM访存性能的相关研究

3.1 混合存储

3.2 改善编码方式

3.3 改进内部操作

3.4 本章小结

第四章 基于PCM的电流配额管理策略

4.1 硬件架构

4.2 写入路径

4.3 逻辑判断

4.4 写过程并行实现

4.5 本章小结

第五章 实验结果及分析

5.1 仿真环境

5.1.1 硬件建模

5.1.2 负载构造

5.2 实验:写速度对比

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 课题展望

参考文献

致谢

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摘要

随着计算机技术的发展,处理器和存储器作为计算机组成的主要部件,相关技术指标得到了极大的提高与改善。由于器件自身特点的局限性,目前所广泛使用的主存储器在访问速度上严重落后于处理器,“存储墙”问题已经相当突出,亟待解决;同时,主存器件的集成度已经接近目前工艺的极限,所带来的单位面积能耗、散热问题已日益突出,成为制约计算机系统性能整体提高的主要瓶颈。作DRAM被作为主存所使用,应用范围非常广泛。DRAM设计技术发展到今天,其各项性能指标大幅提高的可能性已经非常小,所固有的一些架构及使用材料特性制约着能耗等问题的解决。如何解决主存所面临的困局,是目前研究人员关注的重点之一。
  在各类计算机系统中,特别是大型计算机系统中,随着系统占用资源的迅速扩大,系统能耗也在成倍增加,所带来的能耗成本问题越来越受到人们的重视。能耗的大幅增加,不仅带来成本提高,也对系统本身的稳定构成了威胁,带来了许多系统隐患,降低了系统运行的安全性。因此,在下一代的存储系统中,降低能耗是改善技术工艺、改变存储技术的主要考虑指标之一,有着非常深远的现实意义。
  由于目前DRAM技术的固有特性,不少研究人员们将寻找其他替代储存器件作为了研究方向。而相变存储器(Phase Change Memory,缩写PCM)就是这样一种极具发展潜力的非易失性存储介质,其凭借低能耗、高可扩展性、非易失的特点,受到学界与工业界的广泛关注。由于材料特性及目前工艺的局限,PCM要想作为主存使用还需要在访问速度、损耗均衡、硬件纠错技术、坏块重用技术、软件优化等方面做进一步的研究。而在这些问题中,如何提高其访存速度,是直接关系到其能否用于主存的关键环节之一。
  本文在总结前人工作的基础上,仔细研究PCM已有的各种提高访存速度的方案策略,分析现有方案的优势和缺陷,最终提出基于电流约束的片内并行读写操作策略。在文中所提出的策略中,首先增加了电流池监控部件,利用电流池对片内读写操作时电流使用情况进行监控;然后采用预读原数据、减少对原数据位修改的写操作策略,以尽量控制并减少每次写操作时电流的使用;利用电流池对每次读写操作所用电流的监控,在保证片内电流使用总量在额定电流之内的情况下,尽量安排更多的读写并行操作的执行,以此来提高访存的速度,提高PCM的读写性能。

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