Технологии регенерации памяти экономят ресурсы аккумуляторных батарей

20 Июл 2016

Технологии регенерации памяти экономят ресурсы аккумуляторных батарей

Основные направления развития индустрии DRAM базируются на том, что наряду с увеличением ёмкости запоминающих устройств и ростом их производительности на повестке дня стоят также дальнейшая миниатюризация и борьба за снижение потребляемой мощности. В этой связи в последние несколько лет набрала ходу практика расширения функциональности элементов динамической памяти, напрямую не связанная с главными потребительскими качествами DRAM. Давайте рассмотрим ряд инициатив, внедрение которых уже можно считать свершившимся фактом.

 

Технология частичной регенерации памяти

Как уменьшить скорость разряда аккумуляторной батареи «уснувшей» платформы, не увеличивая время выхода устройства на режим готовности?

Один из методов состоит в интеллектуальном анализе информации, сохраняемой в динамической памяти с последующим выделением данных, которые должны быть сохранены. Если объем этих данных существенно меньше общего объема запоминающей матрицы DRAM, регенерацию памяти можно выполнить частично, сэкономив потребление электрической мощности. Это и есть технология частичной регенерации памяти — PASR (Partial Array Self Refresh), которая обеспечивает снижение мощности, потребляемой запоминающим устройством в режиме автономной регенерации при отсутствии операций чтения и записи.

Как известно, в основе дизайна энергосберегающих состояний для стационарных и, особенно, мобильных платформ, лежит поиск компромисса между двумя взаимно-противоречивыми критериями:

  • Минимизация уровня электрической мощности, потребляемой устройством в режиме «сна».
  • Минимизация длительности интервала времени, необходимого для возврата в рабочий режим.

Очевидно, чем глубже «сон», тем меньшую мощность потребляет платформа, что особенно важно для устройств с батарейным питанием. А платить за сэкономленные ватты приходится увеличением латентности или интервала времени, необходимого для «пробуждения».

Технология PASR (Partial Array Self Refresh) обеспечивает снижение мощности, потребляемой запоминающим устройством
Рис 1. Технология PASR (Partial Array Self Refresh) обеспечивает снижение мощности,
потребляемой запоминающим устройством

Разделение запоминающей матрицы на регенерируемые и не регенерируемые области основано на внутренней топологии DRAM, в частности логических банках (не путать с физическими банками, здесь речь о внутренних банках микросхем памяти). В основе технологии PASR лежит принцип опционального включения или выключения регенерации индивидуально для каждого из логических банков.

Зависимость потребляемого тока от количества регенерируемых логических банков
Рис 2. Зависимость потребляемого тока от количества регенерируемых логических банков

Таблица наглядно демонстрирует зависимость потребляемого тока от количества регенерируемых логических банков для одной микросхемы динамического ОЗУ объемом 64, 128 и 256 мегабит. Очевидно, значения оценочные и должны уточняться согласно Data Sheet на каждую конкретную микросхему динамической памяти.

Количеством регенерируемых логических банков управляют специальные команды, осуществляющие запись в регистр Extended Mode Register
Рис 3. Количеством регенерируемых логических банков управляют
специальные команды, осуществляющие запись в регистр Extended Mode Register

Описание команды, управляющей количеством регенерируемых логических банков. При передаче команд, состояние адресных битов интерпретируется как управляющая информация, поступающая в регистр Extended Mode Register. Контроллер может задавать 3 режима: полная регенерация (все 4 банка), 2 банка, 1 банк. Отметим, что режим регенерации трех банков не поддерживается в этой реализации.

Технология «глубокого сна»

Технология DPD (Deep Power Down) позволяет полностью отключать процессы регенерации для всех банков микросхемы DRAM. Очевидно, потребление электрической мощности в этом случае минимизировано, сохранность информации не обеспечивается.

Технология «глубокого сна» позволяет полностью отключать процессы регенерации памяти
Рис 4. Технология «глубокого сна» позволяет полностью отключать процессы регенерации памяти

Отметим, что режим DPD не тождественен полному отключению питания микросхемы DRAM, в том числе с точки зрения длительности интервала времени, необходимого для возврата в рабочий режим.

Диаграмма процедуры возобновления функциональности DRAM при выходе из режима «глубокого сна»
Рис 5. Диаграмма процедуры возобновления функциональности DRAM при выходе из режима «глубокого сна»

Для возврата в него контроллер подает высокий логический уровень на линию CKE (Clock Enable), после этого требуется повторная инициализация регистров управления.

Резюме

Рассматривая сказанное в терминах ACPI, отметим, что если технология PASR ориентирована на реализацию режима Suspend to RAM, в котором содержимое ОЗУ, либо его части, сохраняется, и образ операционной системы также находится в ОЗУ, то режим «глубокого сна» ассоциируется с энергосберегающим режимом Suspend to Disk, когда содержимое ОЗУ не сохраняется, а образ памяти ОС находится на диске.