Tiến bộ mới trong kiến trúc máy tính: Sự tiến hóa của CPU và GPU trong tương lai

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Stanford đang phát triển một công nghệ mới đầy hứa hẹn, có khả năng nâng cấp bộ nhớ đệm (cache) bên trong CPU và GPU hiện nay. Công nghệ này tập trung vào bộ nhớ lai Gain Cell – sự kết hợp độc đáo giữa SRAM và DRAM, nhằm giải quyết những hạn chế của bộ nhớ đệm SRAM hiện tại.

Vượt qua “bức tường bộ nhớ”​

Giáo sư Philip Wong, người đứng đầu dự án và giảng dạy ngành Kỹ thuật Điện tại Stanford, đã chỉ ra một thách thức lớn trong thiết kế GPU hiện đại: “vấn đề bức tường bộ nhớ”. Vấn đề này liên quan đến sự phức tạp và chi phí năng lượng cao khi truyền dữ liệu từ DRAM chậm hơn sang bộ nhớ đệm SRAM nhanh hơn nhưng có dung lượng nhỏ hơn. Nút thắt cổ chai này khiến các nhà nghiên cứu phải tìm kiếm giải pháp thay thế SRAM với hiệu suất cao hơn.

Khắc phục nhược điểm của SRAM và DRAM​

Một vấn đề khác với SRAM là kích thước. Chip hiện nay sử dụng nhiều không gian cho SRAM, chiếm tới sáu transistor trên mỗi bit (bốn để lưu trữ dữ liệu và hai để quản lý truy cập). Ngược lại, DRAM chỉ cần một transistor và một số thành phần bổ sung để lưu trữ dữ liệu, nhưng lại có nhược điểm là cần được refresh (làm mới) liên tục để giữ dữ liệu.

Bộ nhớ lai Gain Cell ra đời với lời hứa mang đến những lợi ích đáng kể:

• Tăng mật độ lưu trữ: Ưu điểm chính của bộ nhớ Gain Cell là khả năng lưu trữ lớn hơn, rất quan trọng đối với bộ nhớ đệm cấp thấp.
• Nâng cao hiệu suất: Bộ nhớ đệm lớn hơn giúp giảm thời gian truyền dữ liệu từ DRAM hệ thống sang CPU hoặc GPU, tăng cường hiệu suất tổng thể và giảm độ trễ.
• Tiết kiệm năng lượng: Công nghệ này hứa hẹn sẽ giải quyết các vấn đề về tiêu thụ năng lượng liên quan đến kiến trúc bộ nhớ đệm hiện tại.

Mở ra kỷ nguyên mới cho kiến trúc máy tính​

Các nhà nghiên cứu tin rằng công nghệ này có thể cách mạng hóa thiết kế CPU và GPU trong tương lai, đẩy dung lượng bộ nhớ đệm cấp thấp vượt xa giới hạn hiện nay.

Hơn nữa, bộ nhớ lai Gain Cell hoạt động tốt với các kỹ thuật xếp chồng 3D – như 3D V-Cache của AMD – mở ra cánh cửa cho việc tăng dung lượng lớn hơn nữa. Sự kết hợp này có thể tác động đáng kể đến hiệu suất của bộ xử lý trong nhiều tác vụ tính toán.

Nếu mọi việc diễn ra như mong đợi, nghiên cứu này có thể mở đường cho một kỷ nguyên mới trong kiến trúc máy tính, giải quyết một số vấn đề đã tồn tại lâu này về tốc độ và hiệu suất của các hệ thống hiện đại.

Nguồn: https://vnreview.vn/threads/kien-truc-may-tinh-co-buoc-dot-pha-moi-day-co-the-la-tuong-lai-cpu-va-gpu.48959/