为你的系统选择什么样的Memory(SRAM/DRAM/HDM)

尽管多年来一直预测DRAM将被其他类型的内存所取代，但它至今仍然是几乎所有计算芯片中必不可少的组件。DRAM的足迹没有消失，而是一直在增加，DRAM类型的选择也在增加。

有几个因素推动了这种增加：

• 系统（特别是对于 AI/ML 和数据中心应用）中算力需求在增长，更快地处理更多数据。系统中更多的内核需要更多的内存，因为总得需要有一个地方来存储和处理数据。
• 通常，其中大部分将在cache中处理，SRAM一直是L1到L3 cache的首选。SRAM在芯片上占用了更大比例的空间，并且DRAM的改进速度使某些类型的DRAM也适用于L3 cache。
• 来回移动数据受到带宽和距离的限制，因此仅在一个物理位置添加更多内存并不一定能提高性能。事实上，它甚至可能会起到相反的作用。

在某些情况下，DRAM（尤其是高带宽内存 （HBM））正在取代一些 SRAM。DRAM具有良好的耐久性以及成熟的工艺，并且比SRAM便宜得多。数据表明中，SRAM的成本可能比DRAM高出上千倍以上。

有的DRAM，速度非常快（例如 HBM），但也很贵。其他类型速度较慢但价格便宜，例如基本的 DDR DIMM。实际上，在异构架构中，两者都可以发挥重要作用。权衡不同DRAM的成本、速度和容量上，可以考虑在同一系统中使用不同的DRAM技术。

如果你真的需要非常高的性能，并且你愿意为此付费，那么你可以选择HBM。你可以将其用于 L3 缓存，或者用于需要立即访问的任何内容。

如果你需要更多内存，但延迟不那么长，则可以在 RDIMM（registered dual in-line memory module）或 MRDIMM（multiplexer-ranked DIMM）中选择。

如果你正在寻找大容量，那么可能正在关注 CXL 背后的 DRAM。该技术针对具有非常高的带宽和更大的内存占用的应用，但延迟更大。

对于AI，高带宽内存成为最佳选择。但是某些应用并非一直都需要这种性能水平，GDDR5 或 GDDR6 可能就足够了。在其他情况下，它可能是 LPDDR或者DDR4。

如果希望在一个设计中使用不同类型的DRAM，需要知道它们之间的相互影响，例如合适的物理floor plan，以避免信号完整性以及防止过热问题。

DRAM向前发展的主要问题分为两类，一类是常见的问题（更多的带宽和容量，管理功耗），另一类是新的问题（更具挑战性的可靠性，这导致了片上ECC和RowHammer保护等问题）。

对于新的挑战，在芯片上放置更多的电容器会增加片上错误的发生率，因此你会看到今天的DRAM在数据返回控制器之前进行一定程度的片上纠错。而像RowHammer这样的相邻cell干扰问题之所以发生，是因为这些cell彼此非常接近，以至于访问一组cell可能会导致相邻cell的位翻转。

什么DRAM最有效

DRAM通常根据性能、功耗、成本、可靠性和容量来选择。但这些选择中的每一个都会影响整体芯片或系统级封装设计，并带有不同的注意事项。

进入 DDR5 和 LPDDR5 及以后，接口协议和物理信号也发生了变化。DDR5 通常希望与大量 DRAM（大容量）通信，因此你主要使用 register DIMMs。使用 LPDDR 时，通常与一个封装或设备通信，并且该设备中最多有两个负载。

LPDDR 是ground-terminated的。DDR 端接vdd-terminated。这些是非常不同的物理接口和协议，这意味着客户只能选择其中一个，设计不能兼容2种选择。

还有一些选项可以帮助在多个应用中利用相同的设计。例如，MRDIMM 可用于将容量加倍或带宽加倍，具体取决于工作负载。它以两种不同的模式运行。

1、运行方式类似于 load-reduced DIMM，速度不会翻倍，你可以使用它来获得更高的容量

2、以multiplex-ranked mode运行，这将使DRAM和外部接口之间的带宽增加一倍。

内存池是另一种选择，并且在数据中心中越来越受欢迎。池化背后的想法是，如果我有一组服务器，并且每个服务器都有内存，那么每个服务器都不太可能同时使用所有内存容量。更有意义的是将一些容量放在外部机箱中，并将其视为池化资源。当处理器需要的内存超过机箱内部的内存时，它们可以在短时间内分配一些内存，将其用于计算，然后将其返回到池中。这是让业内很多人兴奋的新功能之一。一旦你做了这些类型的事情，你就可以开始考虑通过开关连接内存和池。这种灵活性将有助于提高各种应用的性能和总成本。

除了更传统的方法外，DRAM还向各种方向扩展。在某种程度上，这是向异构集成和高级封装的转变以及更多特定领域的设计，本质上是让数据处理更接近数据源。

我们使用了17%的功耗用于计算，并使用63%的功耗将数据从一个点移动到另一个点，我们急需节省数据传输的功耗。

当前的解决方案是在cache中添加更多内存，但这是一个昂贵的解决方案。我们不需要将所有数据移动到 DRAM。我们可以在内存中进行一些计算，这样我们就可以在没有内存传输的情况下进行计算。

今天的选择比以往任何时候都多，而且还有更多选择处于开发阶段。

另外还需要考虑可靠性。可靠性是衡量存储设备在给定时间内无故障运行的能力的指标。智能手机预计可以使用4年，而汽车、军事或金融服务器应用的预期寿命可能为10到15年（或更长）。这也会影响使用的内存类型以及整个系统架构。因此，如果memory可以被替换，拥有一个DRAM池，随时可以升级。而使用 HBM，如果出现问题，你什么都做不了，所以你扔掉了一个非常昂贵的芯片。

延迟是另一个权衡。特别是使用 HBM，将处理器和 DRAM 非常紧密地结合在一起。HBM 的发展非常迅速。我们几乎每两年就会看到性能的改进。但从系统设计的角度来看，2.5D仍然是一个挑战。

结论 自 1967 年发明以来，DRAM 一直是计算的关键。虽然多年来许多内存技术对它提出了挑战，但没有什么能取代它。

DRAM不再是一种类型，而是现在有许多类型，每种类型都在不断发展并产生新的想法。从内存到计算的物理连接，再到服务器外的内存池，每个层面都有创新。并且正在努力缩短信号在内存和处理器内核之间传输所需的距离，这将减少移动数据所需的功耗。

从长远来看，DRAM仍然是一个充满活力和创新的领域，并且有更多的创新即将到来，并且以不同的方式将内存解决方案组合在一起，这些解决方案可能会对性能，成本，可靠性和寿命产生重大影响。