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主题:【原创】话说memory -- 无梦到徽州

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家园 【原创】话说memory

话说人类自有文明诞生起,就有了记录信息的需求。记录信息的载体,自泥板、石刻、青铜器、简牍、羊皮、纸张、塑胶一路走来,已经演化了五千多年。古希腊人把记忆女神Mnemosyne当做九位缪斯女神的生母,从某种意义上说,也是意识到了记录对于文明形成的影响。英语中的memory一词,也正是来源于此。

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Mnemosyne的马赛克壁画,罗马时期的作品。

当电子计算机诞生以后,对于存储器的新型需求也随之进化。电子计算机的存储器演化史,总结下来,四个字:更小、更快。

更小,是指对存储密度的需求,从最早的占据几个房间的真空管到今天的轻便的flash disk,从古老的硕大磁鼓到今日不超过手掌大小的硬盘,可以存储的信息量都呈现了巨大的增长,也正是基于这种增长,上个世纪下半叶开始的信息技术革命才开始有了可能。

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真空管存储器,vacuum tube memory

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磁鼓存储器,drum memory

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磁芯存储器,局部

更快,是指对于速度的需求,随着计算机运算速度的指数级增长,普通存储器早已不能满足计算机的需求,而通常,速度越快的存储器,其造价(cost/bit)也越昂贵,所以自上世纪八十年代开始,人们在电子计算机上开始采用一个金字塔型的存储器结构以达到性能和造价的平衡。

这里借用一幅示意图来说明

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位于金字塔最顶端的是,是cpu缓存,cpu cache,这是已经嵌入cpu芯片内部的一个存储单元,通常由数据缓存、指令缓存以及一个页表缓存组成。这是造价最昂贵也是速度最快的存储器。

然后在cache之下,便是电脑内存,通常是SRAM或者DRAM,它们的速度也颇为可观,但有一个缺点就是数据不能永久存储,即volatility,一旦断电数据便全部丢失。所以还需要一些速度比它们慢但能保证数据不会丢失的non-volatile存储器,比如flash disk、光盘以及硬盘之类,它们组成了金字塔的底端。

理论上,只要保证连续供电,SRAM和DRAM也能做成non-volatile的存储器,事实上,早就有人做过这样的尝试,用大量内存芯片连接在一起,通过电池提供电力,做成如下所示的RAM Disk。

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未完待续

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家园 现在内存已经成了计算机中最耗电的部分了

总耗能超过50%

家园 【原创】话说memory 续

目前,由于硬盘存储器在新兴半导体存储器的威胁(主要是flash)下渐现颓势,同时由于flash自身又具有endurance这一先天缺陷以及存储容量上的劣势,可以说不具备完全取代硬盘存储器的实力。

国王已经年老面临退位,太子来势汹汹却先天不足,因此目前整个存储器工业界可以说是群雄逐鹿各怀鬼胎。每个人都在试图做出可以取代flash和硬盘的下一代存储器。诸多巨无霸比如IBM比如Intel都在努力研发中,朝着FeRAM、MRAM、PCRAM等方向投入大量资金,试图将未来存储器的专利权虏获囊中。本来,激光全息存储以其傲视群雄的数据存储速度也可能有一席之地,但由于材料上的缺陷使之无法进行多次存储而暂时被排除在猎物名单之外。

未完待续

家园 嗯,所以non-volatile的存储器是目前整个工业界

努力的方向,无论是RRAM还是MRAM还是FeRAM,都是non-volatile,未来的存储器,non-volatile将是主流,扣除掉为了维持内存数据而消耗的电力,计算机的耗电问题将可能得到缓解

家园 不会吧。。。。

先说我不懂啊,

不过内存不过一般能耗才个位数吗?插满了内存插槽也没几个嘛

硬盘能耗2位数

而CPU/GPU这样的,功耗上3位数的都不少见阿?

突然想起来,或者您说的是CPU里面的CACHE耗电?

家园 家用计算机中,肯定不是的。

cpu 和显卡、显示器是大户。 cpu 空闲耗电为10W 左右,忙时耗电在19W - 120W 之间,主要是看 cpu 档次和核心数目。

显卡闲时是 10W -20W 之间,忙时可以到 80W- 280W 以上,玩游戏的时候,显卡绝对是最耗电的部分。

液晶屏是 30W- 50W 之间,液晶电视大约在 250W左右。

其他都碌碌不足道也。主板 10W- 40W(主要看带不带集成显卡),光驱5-10W,硬盘 5-12W ,内存2-4W。

内存总耗能超过 50%,我可想象不出来。

家园 几个星期前我刚参加了一个微软公司举办的新产品介绍会

主要是介绍Windows 2008 R2和Win7新特性。

在会上微软的人员介绍了上述两种操作系统如何达到绿色IT。我记得非常清楚里面的幻灯片介绍了内存耗电占全部系统的53%。

那次介绍会也是我第一次听说内存的巨大耗电量,其震惊程度觉不亚于你。

具体是家用计算机还是服务器这个微软没有详细说明,但是我想微软公司不会在这种旁枝末节上夸大其词。

这次微软的发布会应该是面向全世界的,而且是免费的,您要是有机会也不妨网上报个名去听听。

其实反过来想想显示器,CPU显卡什么的都已经有省电模式了,而内存如何省电呢?我觉得53%还是说的过去的。


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家园 是内存耗电量占整个系统的53%

donkeyking:几个星期前我刚参加了一个微软公司举办的新产品介绍会

我刚回萧萧易水的

家园 你这个是不是最大内存情况下的例子?

比如 windows 2008 R2 64位,最大内存2TB,貌似有可能50%多。

普通家用(1GB内存为例),即使在空闲模式下也不可能达到50%。

家园 嗯。。我觉得微软跟我们指的并不是一种应用环境。

生活中的PC 应用,哪个部件耗多少电,这个我是专门测量过的。

我给出的这几项数据,是我拿着功耗计一项项测出来的。

不过我估计微软给的数据,跟我们生活中的 PC 应用环境所指是不一样的。

例如用于资料中心的高阶服务器支援16~18个DRAM插槽。如果都插满了,

而且用的是高阶高速内存,有可能其功耗比例比家用 PC 高得多。

但这样的例子是比较极端的,所以不能说普遍意义上,计算机中

最耗电的部分是内存。一般意义上的计算机 ,尤其是家用 PC ,还是

CPU 、显卡最为耗电。一般人想要节电,多考虑这两部分选用节能型号就可以了。

家园 【原创】话说memory 三

在介绍存储界虎视眈眈的各路诸侯如PCRAM/FeRAM等辈之前,还是花点时间先聊一聊一个容易引起误解的名词——RAM。

一个常见的误解是RAM是不能永久保留数据的存储器。由于常见的RAM大多属于volatile RAM,所以很多人会以为RAM就是指断电后不再保留数据的存储器,比如内存之类。实际上并不尽然,Random-access memory只是指实现了数据的随机存储,与数据是否永久保留并无实际关联。这一误解可能是由于某些不太严谨的文章为了方便起见,将SRAM与DRAM统称RAM,借以代指内存,使得读者误以为RAM=SRAM/DRAM/内存。

另一个常见的误解是,RAM与ROM是两个并列且对立的概念,RAM就是RAM,ROM就是ROM,实际上,ROM指Read-only memory,即数据不能更改(比如CD-R,刻录以后就不能修改里面已经存储内容了)或者只能比较缓慢的更改(比如Flash闪存)。ROM与随机存储并不存在对立关系,相反,恰恰有相当一部分的ROM都是属于RAM的,比如Flash中的NOR Flash就具有可随机存储的特性(NAND Flash不是RAM,它需要与一个RAM存储器结合通过特殊软件才能实现随机存储)。

正如donkeyking所说,内存的耗电是一个比较讨厌的问题,今日的内存之所以耗电惊人,与它固有的volatile特性有关。打个比方,我们知道内存存储单元是通过存有电荷的多少来决定它记录的是0还是1,类比一个水桶好了,假设这个水桶水位在70%以上,它所代表的数据就是1,水位落到30%一下,它所代表的数据就是0。那么如果这个水桶不断漏水,我们该怎么办?

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显然,如果置之不理,那么最终所有的水桶都将空空如也,无论你写入的数据是怎样,它记录下来的都是0,这样一个系统显然不是我们所期望的。于是工程师们想出了一个办法:

你不是漏水吗?那我就不断往里面注水

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对所有水位在70%以上的水桶都打开水龙头,使劲灌水。。。。。。

这样一来,水桶漏水问题解决了,可是另外一个问题也随之而来了,用这么多水,不觉得浪费吗?

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申请认证中,不知道可不可以在这里拉拉票?谢谢了~~

家园 我觉得,存储系统整体耗电53%还有点可能性

单独的内存不太可能耗电那么多的。

另外,散热系统的耗电量算不算?如果从CPU风扇算起,到机房的中央空调,散热系统耗电绝对是最多的。

反正53%这个数,不靠谱。要不就是很特定的环境内计算出来的。

家园 我猜这个数据是这样来的

如你所说,CPU/GPU/硬盘都有休眠模式,而目前这样的电脑系统,只要开机,内存为了保证数据不丢失,是一定要不停刷新的,而通常办公环境下CPU占用率通常低于10%,因此耗电不大,显卡(加速功能)基本不用,所以和内存比耗电量相当。这是由特定环境决定的。

不过我仍然对那个53%的数据来源持保留怀疑态度,不是怀疑微软的人没说这话,而是说我感觉53%里面包括了CPU的CACHE耗电。众所周知,现在稍微好点的(X86)CPU,里面CACHE占据的晶体管数量就已经超过计算电路了。及如同hansens所说,是整个存储系统的耗电,包括了L1 L2 cache/内存,或者再加上硬盘的.

家园 同意

内存大多数都是赤膊上阵, 少数高端内存会穿一身马甲, 可是个人从来没有见过内存装风扇, 更无法想象有人会用上液冷.

而看看CPU, 显卡, 只有少数品质优良的仅凭散热片降温, 其他基本上都配备了风扇, 甚至液冷散热也不是天方夜谭.

所以功率上肯定内存比CPU, 风扇要小一个数量级.

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