دردسر حافظه کش SRAM برای سازندگان پردازنده

اخیراً موضوع جالبی در  WikiChip به بحث گذاشته است که به مشکل جدی کوچک نشدن حافظه SRAM در پردازنده‌ها می‌پردازد. برای نمونه قسمت حافظه SRAM یک پردازنده 7 نانومتری ممکن است در اصل 16 نانومتری باشد. جزئیات جالب را در شهر سخت افزار بخوانید.

معضل اندازه SRAM برای سازندگان تراشه

TSMC در گزارش اعلام کرده ترانزیستورهای SRAM تراشه‌های تولیدی این کمپانی در فناوری‌های ساخت مختلف اندازه یکسانی دارد. این در حالی است که ترانزیستورهای تشکیل دهنده بخش‌های محاسباتی یا پردازشی پردازنده‌ها هر نسل کوچک‌تر و بهینه‌تر می‌شوند.

به وضوح آنچه که اشاره شد مطلوب نیست و باعث می‌شود حافظه SRAM بخش بزرگی از تراشه‌های مُدرن را اشغال کند که ضمن بالا بردن هزینه تولید، مانع از ساخت تراشه‌های کوچک‌تر می‌شود.

تقریباً همه پردازنده دارای حافظه کش SRAM داخلی هستند که یک حافظه بسیار سریع با تأخیر پایین است که به افزایش سرعت کلی هسته‌های پردازشی کمک می‌کند. حافظه کش داخلی SRAM در پردازنده‌های گرافیکی هم یافت می‌شود.

در حالی که هر چند ماه یکبار شاهد به‌کارگیری فناوری‌های ساخت تراشه کوچک‌تر از سوی سازندگان مختلف هستیم، TSMC فاش کرده یک مشکل اساسی با SRAM وجود دارد و همانند سایر قسمت‌های تراشه‌ها نمی‌توان آن را کوچک کرد. برای نمونه این غول تایوانی می‌گوید اندازه ترانزیستورهای تشکیل دهنده حافظه SRAM در فناوری ساخت N3B این کمپانی برای سال 2023 با فناوری ساخت N5 پردازنده‌های گرافیکی سری AMD Ryzen 7000 یکسان است.

N3E فناوری ساخت دیگری است که TSMC برای سال 2024 در دست توسعه دارد، با این حال اندازه ترانزیستورهای SRAM نزدیک به فقط 5 درصد کاهش یافته است.

نمودار بالا نشان می دهد در زمانی که تراشه ها 16 نانومتری بودند اندازه ترانزیستورهای SRAM مشکل ساز نبود اما با کوچک تر شدن سریع فناوری ساخت تراشه ها، اندازه SRAM به همان میزان کوچک نشده است. در نتیجه اندازه SRAM در فناوری های ساخت N5, N3B و N3E تقریباً یکسان است.

مشکل آنجاست وقتی چگالی ترانزیستورهای تشکیل دهنده تراشه ها افزایش می یابد (کوچک تر می شوند)، می تواند تعداد بیشتری از آنها را در یک قطعه سیلیکونی جای داد که به افزایش کارایی و کاهش هزینه تمام شده کمک می کند اما بزرگ بودن اندازه ترانزیستورهای SRAM باعث می شود هنوز بخش قابل توجهی از تراشه های مُدرن توسط SRAM اشغال شود که ایده آل نیست.

گفته می شود تنها TSMC با این مشکل روبرو نیست و مساحت زیاد SRAM گریبان گیر اینتل است.

با سرعت بالایی که تراشه ها در حال کوچک تر شدن هستند، عدم همخوانی اندازه کش SRAM با سایر اجزای تراشه های می تواند باعث شود در آینده ای نه چندان دور تا 40 درصد مساحت یک تراشه توسط کش SRAM اشغال شود. در صورتی که سازندگان بخواهند حجم کش SRAM را پایین بیاورند تا فضای کمتری اشغال کند، مطئناً موجب افت کارایی خواهد شد.

خبر خوب اینکه سازندگان به دنبال بکارگیری جایگزین هایی برای کش SRAM هستند که از جمله آنها می توان MRAM ،FeRAM و NRAM را برشمرد.