在高層次上，計算機體(ti) 係結構有幾個(ge) 關(guan) 鍵組件：CPU（由計算核心和互連組成）、內(nei) 存（由高速緩存、主內(nei) 存和硬盤驅動器組成）以及輸入和輸出硬件。雖然架構的所有部分對整體(ti) 效率都很重要，但對於(yu) 現代工作負載，主要的性能瓶頸是內(nei) 存。因此，近年來出現了一些重要的研究，試圖在提高內(nei) 存速度的同時盡可能保持功率效率。

Intel Core i7，這是當今常見的高性能 PC 計算機架構。來源：英特爾  

內(nei) 存技術簡述

存儲(chu) 器大致可分為(wei) 兩(liang) 類：非易失性和易失性。非易失性存儲(chu) 器可以通過數百萬(wan) 次電源循環來存儲(chu) 其內(nei) 容。內(nei) 存中的內(nei) 容會(hui) 一直保留，直到它們(men) 被有意擦除或覆蓋。非易失性存儲(chu) 器的兩(liang) 個(ge) 示例是閃存和 HDD。相比之下，易失性存儲(chu) 器在電源循環後會(hui) 丟(diu) 失其內(nei) 容。兩(liang) 種常見類型的易失性存儲(chu) 器是 SRAM 和 DRAM。  

雖然 SRAM 和 DRAM 都是易失性的，但因為(wei) DRAM 的實現方式，其通常速度較慢。在 DRAM 中，每個(ge) 位都使用電容器存儲(chu) 。由於(yu) 電容器會(hui) 失去電荷，需要在板上連續施加電位差，因此要定期刷新 DRAM 以防止數據丟(diu) 失。這種定期刷新會(hui) 帶來高延遲，從(cong) 而導致內(nei) 存變慢。   

一個(ge) SRAM 單元可以包含六個(ge) MOSFET。

另一種，SRAM 不使用電容器來存儲(chu) 數據。相反，它使用多個(ge) 晶體(ti) 管（稱為(wei) SRAM 單元）來存儲(chu) 位。可以使用位線和字線網格寫(xie) 入和讀取 SRAM。  

要寫(xie) 入一個(ge) 典型的 SRAM 單元，相關(guan) 的位線根據所需的值分別被驅動為(wei) 低電平或高電平，然後行地址被驅動為(wei) 高電平。要從(cong) 典型的 SRAM 單元讀取數據，兩(liang) 條位線都被驅動為(wei) 高電平，然後是行地址被驅動為(wei) 高電平。這樣，SRAM 就可以區分讀取和寫(xie) 入操作。   

SRAM 中的位線和字線控製對各個(ge) 位的訪問。

對於(yu) 智能手機等嵌入式和移動計算應用，設計人員使用 SRAM，它盡可能節能以延長設備的電池壽命。由於(yu) 漏電流，功耗可以是主動的或被動的。在 SRAM 中，寄生電容導致電荷在存儲(chu) 器電路中進出移動，從(cong) 而導致有功功率耗散。   

SureCore 將節能技術融入SRAM

一家名為(wei) SureCore 的英國公司專(zhuan) 門從(cong) 事超低功耗嵌入式 IP 開發了一項名為(wei) Cascode Precharge Sense Amplifier (CPSA) 的專(zhuan) 利技術。該公司聲稱這項技術可以顯著降低 SRAM 上的主動和被動功耗。  

CPSA 的工作原理是控製 SRAM 上的位線電壓擺幅，該電壓擺幅可能會(hui) 因製造工藝而發生顯著變化，從(cong) 而降低功耗。雖然單個(ge) 位線電壓擺幅在 SRAM 上通常很小，但由於(yu) 位線太多，所以總位線擺幅實際上占了 SRAM 上有效功耗的大部分。   

蘭(lan) 卡斯特大學研究人員創造“ULTRARAM”

最近對改進內(nei) 存的研究也集中在非易失性存儲(chu) 上。蘭(lan) 卡斯特大學的研究人員宣布成立一家分拆公司，以創建ULTRARAM，這是一種將閃存的非易失性與(yu) DRAM 的性能和功耗優(you) 勢相結合的內(nei) 存技術。  

ULTRARAM 利用構成 RAM 的半導體(ti) 材料中的量子共振隧道效應。ULTRARAM 中使用的半導體(ti) 化合物屬於(yu) 6.1 埃係列，例如 GaSb、InAs 和 AlSb，它們(men) 特別適合高速設計。雖然量子共振隧穿背後的物理學非常複雜，但它基本上允許研究人員創建一種非易失性存儲(chu) 器，不會(hui) 消耗太多功率，並且提供比 DRAM 更快的速度。  

由於(yu) 所用半導體(ti) 化合物的獨特量子特性，ULTRARAM 非常穩定

在 ULTRARAM 中，每個(ge) 邏輯狀態都存儲(chu) 在一個(ge) 浮動門中。由於(yu) 6.1A 半導體(ti) 的特性，浮柵可以在低電壓下從(cong) 高電阻狀態切換到高導電狀態。這些特性使它快速、節能且不易失。   

鎧俠(xia) 和西部數據合作開發 3D Flash

單元密度是非易失性存儲(chu) 器的另一個(ge) 非常重要的特性，因為(wei) 它允許將更多單元裝入同一區域並增加存儲(chu) 容量。3 月，鎧俠(xia) 和西部數據公布了新的 3D 閃存技術的細節。在這項技術中，每個(ge) 電池晶圓都是單獨製造的，然後粘合在一起以最大限度地提高位密度。存儲(chu) 器在垂直和橫向上都按比例縮放，以增加位密度，從(cong) 而增加閃存的容量。   

從(cong) 內(nei) 存開始創新現代計算機 

現代計算機是複雜的機器。現代設計具有多個(ge) 內(nei) 核、多級高速緩存、主內(nei) 存以及複雜的多線程和預測機製，因此規模龐大且錯綜複雜。然而，幾十年來，現代計算機架構師的基本目標基本保持不變：創造一台具有足夠計算能力的機器，同時仍然具有高能效和可承受的價(jia) 格。這些研究人員和公司希望通過創新不同的內(nei) 存技術來達到這種平衡——無論是超低功耗 SRAM、ULTRARAM 還是 3D 閃存。

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