電腦系統(tǒng)的效能精進(jìn),在近年來(lái)遭遇一些問(wèn)題,例如處理器的時(shí)脈撞墻(Clock Wall)問(wèn)題,即運(yùn)作時(shí)脈難以超越4GHz,2011年第4季Intel推出第二代的Core i7處理器達(dá)3.9GHz,至今Intel所有的處理器均未超過(guò)3.9GHz。
時(shí)脈撞墻逼迫Intel放棄過(guò)往慣用的時(shí)脈提升加速法,取而代之是以增加處理器的核數(shù)來(lái)提升效能,事實(shí)上AMD早于2005年即提出雙核構(gòu)想(仿效2000年IBM提出的POWER4),2006年Intel跟進(jìn)推出Core Duo,此后x86 CPU的效能提升,即是在時(shí)脈與核數(shù)及功耗間求取平衡。
另一個(gè)問(wèn)題是記憶體撞墻(Memory Wall),事實(shí)上這個(gè)問(wèn)題比時(shí)脈撞墻問(wèn)題嚴(yán)重,且發(fā)生的時(shí)間更早。根據(jù)統(tǒng)計(jì),1986年到2000年間,處理器的效能每年以55%的幅度在成長(zhǎng),但相對(duì)的,記憶體僅有每年10%的速度增長(zhǎng)。
很明顯的,記憶體逐漸成為整體電腦系統(tǒng)效能中的“瓶頸”,為此Intel多次運(yùn)用晶片組市占率,引領(lǐng)與逼迫并用地讓電腦記憶體產(chǎn)業(yè)升級(jí),先是自最傳統(tǒng)的FPM RAM升級(jí)成EDO RAM,而后升級(jí)成SDRAM。
但I(xiàn)ntel期望產(chǎn)業(yè)自SDRAM升級(jí)成RDRAM時(shí),RDRAM的發(fā)展卻不如預(yù)期,且Intel支援RDRAM的i820晶片組發(fā)生瑕疵,迫使Intel放棄RDRAM,回歸大宗主流的SDRAM,而后隨JEDEC組織的制訂進(jìn)入DDR SDRAM(原有的SDRAM則為區(qū)別,稱(chēng)為SDR SDRAM)。不僅Intel失敗,相近時(shí)間NEC也曾提出VC RAM(Virtual Channel,虛擬通道),期望改善記憶體的存取效能,但也未能獲得市場(chǎng)認(rèn)同。
數(shù)年后Intel再次嘗試突破現(xiàn)狀,記取RDRAM技術(shù)變革過(guò)大且獨(dú)家主導(dǎo)等缺點(diǎn),2005年Intel提出FB- DIMM(Full Buffered Dual In Line Memory Module),在不改變?cè)蠨RAM產(chǎn)業(yè)的情況下,透過(guò) AMB(Advanced Memory Buffer,先進(jìn)記憶體緩沖器)晶片來(lái)加速傳輸,并將FB-DIMM標(biāo)準(zhǔn)提交,2006年獲得JEDEC組織 認(rèn)可,以利推行。但到了2011年,Intel、AMD等均放棄使用FB-DIMM,再一次失敗。
從RDRAM到FB-DIMM,已接近十年時(shí)間,即記憶體撞墻效應(yīng)問(wèn)題一直未明顯紓解,只能采漸進(jìn)方式維持,如從DDR2 SDRAM升級(jí)成DDR3 SDRAM,而后將進(jìn)入DDR4 SDRAM,但世代之別大體只在運(yùn)作電壓的降低、制程的精進(jìn),其實(shí)變化不大。
為了解決問(wèn)題,2011年Micron提出Hybrid Memory Cube技術(shù),簡(jiǎn)稱(chēng)HMC。Micron宣稱(chēng)HMC比DDR3 SDRAM快上15倍,并為此發(fā)起成立Hybrid Memory Cube Consortium組織,與其他業(yè)者共同推行。
HMC主要是運(yùn)用3D IC的TSV(Through-Silicon Via,矽穿孔)技術(shù),將4至8個(gè)現(xiàn)有主流大宗的DDR3 SDRAM裸晶連 接,并共同封裝,并在封裝內(nèi)由一片邏輯裸晶(Logic Die)擔(dān)任記憶體控制器的角色,統(tǒng)籌與多個(gè)DDR SDRAM裸晶的存取溝通,以此加速。
雖然2011年提出HMC技術(shù)、2012年發(fā)起HMCC組織,但HMC標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)規(guī)格至2013年才提出,在歷經(jīng)1.0版、1.1版后,于2014年提出2.0版,2.0版將傳輸率自15Gbps倍增至30Gbps。
許多業(yè)者將改善記憶體撞墻效應(yīng)的希望寄托在HMC技術(shù)上,不過(guò)目前為止的推進(jìn)仍很緩慢,截至目前為止仍未見(jiàn)有采行HMC記憶體的電腦系統(tǒng),預(yù)計(jì)2015年才會(huì)登場(chǎng),即便如期登場(chǎng),從技術(shù)到系統(tǒng)也歷經(jīng)4年時(shí)間。
另外,或許有人對(duì)HMC技術(shù)的推展抱持樂(lè)觀,因?yàn)镠MCC組織中,8家關(guān)鍵業(yè)者有3家為記憶體大廠,即Micron、Samsung、 SK Hynix。但是,10多年前的RDRAM,也是獲得Intel、Samsung、Micron等大廠的入資或換股,最終RDRAM并沒(méi)有成為新一 代的主流記憶體,因此,對(duì)HMC的推行仍難有樂(lè)觀的理由。
如果記憶體撞墻效應(yīng)無(wú)法解決,那么無(wú)論使用多好的固態(tài)硬碟(SSD),多好的運(yùn)算負(fù)荷卸載(Offload)網(wǎng)卡,則都有其限,因?yàn)橛驳?、網(wǎng)路均在記憶體之下,看來(lái)產(chǎn)業(yè)只能期許這個(gè)延宕多年的問(wèn)題能早日解決。