Memory Hierarchy – 存储器层次结构

Memory Hierarchy – 存储器层次结构MemoryHierar 存储器层次结构计算机系统将存储器分成若干层级 memoryhierar 越靠近 CPU 的存储器容量越小但访问速度越快

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Memory Hierarchy – 存储器层次结构

计算机系统将存储器分成若干层级 (memory hierarchy) ,越靠近 CPU 的存储器容量越小但访问速度越快。

1. Memory hierarchy (存储器层次结构)

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Intel 北桥包含 2 个 channel,两组独立的线连接到各自的模块,每个 channel 包含 2 个DIMM。

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Shared resources in multicore processors
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DRAM system organization
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Module architecture
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Generalized memory structure
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2. Channel (通道)

2.1 Dual channel (interleaved) mode

Dual channel (interleaved) mode configuration with two DIMMs
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Dual channel (interleaved) mode configuration with three DIMMs
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Dual channel (interleaved) mode configuration with four DIMMs
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2.2 Single channel (asymmetric) mode

Single channel (asymmetric) mode configuration with one DIMM
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Single channel (asymmetric) mode configuration with three DIMMs
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2.3 Dual channel (flex mode)

Dual channel (flex mode) configuration with two DIMMs
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2.4 DIMM per channel

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2.5 T-topology

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2.6 Daisy chain (菊花链)

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daisy ['deɪzɪ]:n. 黛西,雏菊,延命菊,卓越的人或物 adj. 雏菊一样的,可爱的 

Strict mapping of threads to ranks
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Relaxed mapping of threads to ranks
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3. Memory controller (内存控制器)

Memory controller
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memory controller,MC:内存控制器 northbridge:北桥,北桥芯片 

Cache blocks map to separate memory controllers
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DRAM structure
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Memory parallelism from independent banks and channels
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Channels
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4. DDR SDRAM

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Comparison of DDR modules for desktop PCs (DIMM)
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Comparison of memory modules for portable/mobile PCs (SO-DIMM)
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random-access memory,RAM static random-access memory,static RAM or SRAM dynamic random-access memory,dynamic RAM or DRAM synchronous dynamic random-access memory,synchronous dynamic RAM or SDRAM double data rate synchronous dynamic random-access memory,DDR SDRAM double data rate,DDR single data rate,SDR dual in-line memory module,DIMM:双列直插内存模块 retroactively:adv. 逆动地 supersede [ˌsuːpə(r)ˈsiːd]:v. 取代 

5. Rank

single rank memory, dual rank memory and quad rank memory
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single-sided module and double-sided module
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single-sided single-rank, double-sided single-rank, double-sided dual-rank and double-sided quad-rank
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x4x8 代表每个 DRAM 芯片位宽。

双列直插内存模块 (dual in-line memory module,DIMM) 是指内存条印刷电路板正反面均有金手指与主板上的内存条槽接触,内存条称为 DIMM 条,主板上的内存槽称为 DIMM 槽。

single rank memory and dual rank memory
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1 rank = 64 bit width (or 72 bit with ECC) single rank = 64 bit double rank = 64 bit + 64 bit quad rank = 64 bit + 64 bit + 64 bit + 64 bit 
  • All chips comprising a rank are controlled at the same time (包含在一个 rank 的所有 chips 被同时控制)
  • A DRAM module consists of one or more ranks
  • If we have chips with 8-bit interface, to read 8 bytes in a single access, use 8 chips in a DIMM
quadrant [ˈkwɒdrənt]:n. 象限,象限仪,四分之一圆 octal ['ɒktl]:adj. 八的,八面的,八管脚的 layman ['leɪmən]:n. 外行,门外汉,非专业人员,在俗教徒 (非神职人员) single-sided:单面 double-sided:双面 

A 64 bit wide DIMM (one rank)
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2 Independent channels – 2 Memory controllers
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6. Bank – Column – Row

DRAM bank
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canonical [kəˈnɒnɪk(ə)l]:adj. 被收入真经篇目的,经典的,按照基督教教会法规的 n. (布道时应穿的) 法衣 transaction [træn'zækʃ(ə)n]:n. 处理,业务,办理 precharge:n. 预充电,预压力 

DRAM operation
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  • A DRAM bank is a 2D array of cells: rows x columns,each address is a <row, column> pair.
  • A DRAM row is also called a DRAM page
  • sense amplifiers 也称为 row buffer

DRAM bank operation
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128M x 8 bit DRAM chip
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  • Divide memory into M (= n + 1) banks and interleave addresses across them
    in bank (mod M)
    at word (div M)

  • Interleaved memory increases memory bandwidth without wider bus (交错内存增加内存带宽而无需更宽的总线)
  • Use parallelism in memory banks to hide memory latency (使用 memory banks 中的并行性来隐藏内存延迟)
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interleave [ˌɪntə(r)ˈliːv]:v. 夹进,交错,交织 

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7. Transferring a cache block (传输缓存块)

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References

Advanced Computer Architecture I
https://pages.cs.wisc.edu/~sinclair/courses/cs752/fall2020/handouts/lecture/12-dram.pdf

Software-Defined Physical Memory
https://www.betriebssysteme.org/wp-content/uploads/2017/04/Hillenbrand.pdf

Improving System Energy Efficiency with Memory Rank Subsetting
http://csl.stanford.edu/~christos/publications/2012.mcdimm.taco.pdf

DRAM Memory Module Rank Calculation
https://www.digikey.com/en/pdf/v/viking-technology/dram-memory-module-rank-calculation

Memory rank
https://en.wikipedia.org/wiki/Memory_rank

Memory geometry
https://en.wikipedia.org/wiki/Memory_geometry

Single Rank Memory VS Dual Rank Memory VS Quad Rank Memory
https://www.oempcworld.com/support/singlevsdualram.html

RAM (Random Access Memory), SIMMs, DIMM’s, RIMM’s
https://sites.google.com/site/shaunaatvcc2/memory/ram-random-access-memory-simms-dimm-s-rimm-s

Mengenal Istilah Memory Rank Pada Memori (RAM)
https://catatanteknisi.com/mengenal-istilah-memory-rank-pada-memori-ram/

Enabling big memory with emerging technologies
https://www.cs.utah.edu/~rajeev/pubs/shevgoor-phd.pdf
https://slideplayer.com/slide//

Single Rank VS Dual Rank
https://www.pcgaming.tech/single-rank-vs-dual-rank.html

Dual channel mode for DDR, DDR2, DDR3 and DDR4
https://www.compuram.de/blog/en/single-dual-and-multi-channel-memory-modes/

Wiring method of motherboard memory
https://www.programmersought.com/article//

DDR4
https://itgall.com/hardware/

DDR4 SDRAM – Understanding the Basics
https://www.systemverilog.io/ddr4-basics

2Rx8 and 1Rx8 DDR 的 Rank 与单面双面无关
https://www.strongpilab.com/ddr-2rx8-rank-not-side/

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