ذواكر مضمنة

• الوثوقية

وسنكتفي بذكر بعض هذه العوامل وما جرى عليها من تحديثات.

• تخفيض التكلفة، تطوير عمليات المعالجة.

التحديات والتطوير

• أهم العوامل التي يعمل المصممين على تطويرها في أبحاث Embedded memory هي:
• • الكثافة العالية (كانت عظمى بالنسبة لـDRAM)
• • التخزين الدائم أو الثابت (Flash ،EEPROM)
• • السرعة (الأفضل في الـSRAM)

التقنيات المستخدمة في بناء الذواكر

1- الذواكر المجزئة (Partitioned Memories)

2- الذواكر الممتدة (Widened Memories)

ومن ناحية أخرى، يتم التعامل مع الكلمات الذاكرية ككتلة واحدة أي تتم قراءة وكتابة عدد من الكلمات دفعة واحدة بهذه الطريقة نكون قد خفضنا الطاقة الفعالة (أي الطاقة اللازمة للوصول إلى المعلومات).

من جانب آخر، هي تقسيم الذاكرة إلى بلوكات ويتم تفعيل البلوك المطلوب فقط وبهذه الطريقة سينخفض التيار المطلوب لتغذية الخلايا والوصول إلى المعلومة مع الأخذ بعين الاعتبار محدودية عدد البلوكات لأن ذلك سيرهق البنية السلكية للدارة.

أولاً: Process-Compatible Memories

ومن جهة أخرى، هي الأنواع التي يمكن وضعها ضمن السياق المنطقي للنظام التي سنستعمله بدون أي إضافات مهما كان حجمها ونأخذ مثال على ذلك الذاكرة الساكنة الـذاكرة الوصول العشوائي الساكنة.

من جانب آخر، تتميز الSRAM بأنها ذات سرعة عالية مما يسمح باستخدامها في التطبيقات التي تتطلب الاستفادة من هذه السرعة كما أن لها صفة إضافية وهي أن الكثافة لديها ضعيفة بسبب كبر حجم الخلية والتي تتكون من 6 ترانزستورات.

ثانياً: Dedicated-Process Memories

كذلك، هذا النوع من الذواكر يتطلب إضافة عمليات تصنيعية وملائمة لوضعه ضمن السياق المنطقي للنظام أي لا يمكن أن تدمج مباشرة معه.

في هذا الإطار، تتميز هذه الذواكر جنبا إلى جنب مع الـ ذاكرة الكمبيوتر eeprom بالسرعة العالية والكثافة المرتفعة إلا أنها غير متوافقة مع دارات الـ CMOS المستعملة بشكل واسع في الأنظمة الإلكترونية الحديثة.

أ-DRAM :

في هذا الإطار، لا تمتلك سرعة كبيرة لكنها ذات كثافة أعلى من الـ SRAM ولكن على الرغم من ذلك تصنف بين الكثافات المنخفضة إذ أن كل خلية تتألف من ترانزستور واحد ومكثفة.

من جهة ثانية، •إن الفرق الأساسي بين الـ EEPROM و Flash هو أن EEPROM يمكن التعامل مع كل خلية على حدا أما الـ Flash فانه يتم التعامل مع الـ Block ككتلة واحدة، ويتم التركيز على النوعين الأخيرين في الوقت الحالي بسبب التخزين طويل الأمد.

ب-Flash Memory :

وفي السياق ذاته، لنأخذ مثال على ذلك الذواكر الديناميكية والذواكر الـ Flash Memory.

مقدمة

من جهة ثانية، وسنتطرق في مقالتنا هذه إلى أنواع الذواكر والتقنيات المتبعة من أجل تخفيض استهلاك الطاقة.

ومن جهة أخرى، لقد كان التركيز وأغلب الاهتمام ينصب في الأبحاث السابقة على كيفية تقليص الحجم الفعلي للذاكرة وتحسين سرعة الذاكرة وتخفيض سعرها أما في الآونة الأخيرة فقد أصبح الاهتمام منصبا على تخفيض الطاقة المصروفة من قبل الذاكرة وذلك لأن الأنظمة الحديثة تتجه في بنيتها إلى Embedded SYS والتي تتطلب صفات معينة من الذاكرة من حيث الطاقة المستهلكة وسرعة الأداء وجودته.

تحسين الكثافة Density Improvements

وعلى صعيد آخر، إحدى الطرق التي تم الوصول إليها في سبيل تجاوز ذلك هي استخدام مادة فيلمية مصنوعة من نتريد السليكون مع مواد أخرى تعمل على إطالة عمر الذاكرة مع العلم أنه في أوقاتنا هذه نستطيع تنفيذ عمليات كتابة على الذاكرة نحو مليون مرة.

إضافةً إلى ذلك، من المعلوم أن الكثافة العالية كانت محققة بالنسبة لـDRAM في حين أن تحقيق ذلك كان من مساوئ الـSRAM وللعمل على ذلك تم تصميم البنية 1T SRAM حيث يحتوي عنصر الخلية الواحدة على ترانزستور واحد ومكثفة MOS.

من جهة ثانية، تحسين الذواكر الغير متطايرة (Nonvolatile memory investigation)

في هذا الإطار، وبما أن المكثفة تحتاج إنعاش فلقد تم تزويد هذه الذاكرة بـbuffer والذي هو عبارة عن عنصر ذاكرة 6T SRAM حيث تنسخ إليه محتوى الذاكرة 1T SRAM ويتم الولوج إليه لحين الانتهاء من إنعاش الذاكرة 1T SRAM ومع ذلك بقيت 1T SRAM ذات كثافة أقل من DRAM.

في هذا الإطار، لا زالت الأبحاث مستمرة كذلك في سبيل تحسين أداء الذواكر ذات التخزين الدائم إذ أن هذه الذواكر وعلى اعتبار أنها تعتمد في غالبية بنيتها على الترانزستورات الحقلية، فإنه وبتكرار عملية القراءة والكتابة تزول طبقة الأكسيد المشكلة على البوابة نتيجة الجهود العالية المطبقة لدى عملية القراءة والكتابة، وبالتالي يتم فقدان جميع المعلومات المخزنة ضمنها.

ب- Dedicated-Process Memories

وفي السياق ذاته، SRAM DRAM سرعة مرتفعة سرعة منخفضة كثافة منخفضة كثافة مرتفعة الخلية الواحدة تحتوي على 6 ترانزيستورات الخلية الواحدة تحتوي على ترانزيستور ومكثفة

- ذاكرة ذات تخزين ثابت للمعلومات (FLASH)

- الذاكرة الديناميكية (DRAM)

أنواع الذواكر

• تقسم الذواكر بشكل عام إلى قسمين:
• أ- Process-Compatible Memories
• - الذاكرة الستاتيكية SRAM

الأداء والطاقة

في هذا الإطار، الأولى: هي أنه بالرغم من أن الطاقة والأداء يتحسنان مع زيادة حجم الذاكرة وعدد مستويات تقسيمها إلا أنهما لا يزيدان بنفس النسبة.

وعلى صعيد آخر، memory latency : التأخير الزمني لحين وصول المعلومات من المعالج إلى الذاكرة وبالتالي فيزيائياً تمثل طول الممرات الواصلة بين الذاكرة والمعالج، لذلك فإن التحسين الفيزيائي (التقسيم وزيادة levels)يؤدي طبعاً إلى تحسين في الlatency ولكن سيؤدي إلى انقاص bandwidth المتوافرة بسبب استهلاكها في العنونة.وقد تم العمل على تطوير عدة تقنيات للتحسين في كلا الاتجاهين.

من جهة ثانية، وقد ذكرنا سابقاً عملية تقسيم الذواكر وما تؤدي إليه من تحسينات.

في هذا الإطار، إحدى هذه التقنيات تعتمد على ضغط المعلومات المنقولة بين مستويين وهذا الحل يطبق على كل من التعليمات والبيانات.

ومن ناحية أخرى، الثانية: هو أن أداء الذاكرة يتم تحسينه من خلال إزالة عنق الزجاجة الناتج عن الحسابات الحرجة «الحسابات الصغيرة التي تتكرر دائماً» لكن إزالة عنق الزجاجة له تأثير على بنية الذاكرة ككل أي بالنسبة لكل الولوجات وليس فقط الولوجات الحرجة.

والآن سنورد آخر الطرق المتبعة في عملية تقسيم الذواكر.

ومن ناحية أخرى، 1- تقسيم الذاكرة: يكافئ تحسين أدائها لأنه يقلل الlatency وذلك بسبب استخدام بلوكات أصغر مع احتمالية لتخفيض الطاقة في بعض الحالات.

• تقسيم الذاكرة يكون على نوعين:
• 1- تقسيم فيزيائي (مسبق) يتم تقسيمها إلى بلوكات ثابتة بعناوين ثابتة.
• 2- تقسيم منطقي (مسبق): يتم استخدام البلوكات ذاتها ولكن تحت عدة احتمالات للولوج.
• 2- تحسين عرض الحزمة: (band width optimization)
• band width : يعرف بأنه عرض الحزمة التي يتم نقل المعلومات عليها.

كذلك، الضغط يتم بأخذ نموذج binary (النمذجة) لكل تعليمة ووضع جدول مقابل لتلك الرموز لاستخدامه لدى فك الضغط وإعادة البيانات إلى شكلها الأصلي.

وفي هذا السياق، Latency : يعبر عن الفترة الزمنية لانتقال المعلومات عبر الممرات أي هي فترة عطالة لا يمكن الاستفادة منها. وهذه الفترة يقابلها طاقة مصروفة لإيصال المعلومات لذلك فإن العمل على إنقاص Latency يعمل على إنقاص الطاقة كذلك وكلاهما يحسنان من أداء الذاكرة ولكن يبرز لدينا هنا مشكلتان: