特約通訊員 黃俏丹

當(dāng)前，存儲(chǔ)器發(fā)展的一個(gè)方向是朝著“利用新的物理規(guī)律，研發(fā)新的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)”邁進(jìn)，如相變存儲(chǔ)器，電熔斷存儲(chǔ)器，阻抗存儲(chǔ)器，磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器MRAM等等，這一方向極大地豐富了現(xiàn)有存儲(chǔ)器的種類，展現(xiàn)了繁多的存儲(chǔ)器特色，但有兩個(gè)缺陷是致命的：與CMOS工藝兼容性，生產(chǎn)效率。最近有一個(gè)新的趨勢(shì)漸漸浮出水面，那就是算法存儲(chǔ)器（Algorithmic Memory）。這是一種新的思路，這種思路源自對(duì)微處理器（CPU/MCU）體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展與現(xiàn)有存儲(chǔ)器通訊時(shí)的瓶頸這一問題的思考得出的。處理器經(jīng)過多年發(fā)展無論在速度、性能、數(shù)據(jù)吞吐量等方面有了很大的提升，但存儲(chǔ)器在這方面似乎沒有跟上CPU的發(fā)展。舉例說明一下，4核的CPU+2G內(nèi)存的機(jī)器上跑一個(gè)多線程軟件，在8核的機(jī)器上可以提速到2倍，但在16核的機(jī)器上就只能獲得將近2.5倍的提速，而不是期望的4倍，這就是CPU與內(nèi)存之間通訊帶寬的限制。

這種Algorithmic MemoryTM源自一家初創(chuàng)公司Memoir Systems的專利技術(shù)，他們?cè)诖鎯?chǔ)器芯片內(nèi)部采用了緩存(caching)、虛擬機(jī)制(virtualization)、管道 (pipelining)，以及數(shù)據(jù)編碼等技術(shù)，然后將它們“編織成數(shù)據(jù)流”進(jìn)行無縫地操作，這種存儲(chǔ)器還提供了多個(gè)接口支持?jǐn)?shù)據(jù)并發(fā)訪問，極大地提升了訪問性能。

Memoir Syst ems：書寫存儲(chǔ)性能新篇章

Memoir Systems公司于2009年3月由Sundar Iyer(CTO)and Da Chuang(COO)共同發(fā)起成立，由光速創(chuàng)投公司投資支持。Adam Kablanian是Memoir的首席執(zhí)行官（CEO）。公司總部設(shè)在美國加州硅谷，Memoir Systems是全球領(lǐng)先的提供存儲(chǔ)器性能解決方案的半導(dǎo)體供應(yīng)商，入選2012 Red Herring北美100強(qiáng)科技公司。Memoir關(guān)于存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)方面的革命技術(shù)——Algorithmic Memory，大大縮短了設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)間，提高了每秒存儲(chǔ)操作(MOPS)訪問性能。該公司的Renaissance系列產(chǎn)品為多接口嵌入式存儲(chǔ)器模塊提供了即插即用的一種替代。在不犧牲性能的情況下，也能減少芯片面積和降低功耗。此項(xiàng)技術(shù)的特點(diǎn)是線程、節(jié)點(diǎn)、Foundry之間相互獨(dú)立，并且能無縫集成到各種SoC片上系統(tǒng)。

因?yàn)樗沁M(jìn)程獨(dú)立的，所以Memoir此項(xiàng)技術(shù)對(duì)先后進(jìn)程結(jié)點(diǎn)同樣適用，并且可以集成到各種SoC系統(tǒng) ， 包 括 ASICs，ASSPs，GPPs and FPGAs。這些設(shè)備要求具有很高的MOPS才可以使存儲(chǔ)性能得到提升改善。

公司創(chuàng)始人兼首席技術(shù)官Sundar Iyer表示：“Algorithmic MemoryTM技術(shù)在半導(dǎo)體行業(yè)是獨(dú)一無二的。我們的設(shè)計(jì)方法是引入一個(gè)新的概念‘chisel’，這不同于在存儲(chǔ)器集成電路上使用的傳統(tǒng)方法‘hamma’，我們從一個(gè)更高的抽象層面來解決這個(gè)性能瓶頸。新方法在集成電路技術(shù)上得到了補(bǔ)充，并且填補(bǔ)了processor-memory之間的鴻溝?！?/p>

Memoir技術(shù)總概

Algorithmic Memory技術(shù)對(duì)存儲(chǔ)器模塊的性能提升表現(xiàn)在以下5個(gè)方面：

·10X每秒存儲(chǔ)操作（MOPS）：Algorithmic Memory通過“在存儲(chǔ)器芯片內(nèi)部采用了緩存，虛擬機(jī)制，管道，以及數(shù)據(jù)編碼等技術(shù)，然后編織成數(shù)據(jù)流進(jìn)行無縫地操作”提升現(xiàn)有嵌入式存儲(chǔ)器模塊的性能。

·100X縮短設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)間：存儲(chǔ)器模塊開發(fā)通常需要6到12個(gè)月的時(shí)間，但是Memoir技術(shù)可以把開發(fā)時(shí)間縮短到以天計(jì)算。

·1000X加快存儲(chǔ)器架構(gòu)分析時(shí)間：分析一個(gè)自定制的存儲(chǔ)器模塊通常要花費(fèi)一周時(shí)間，但是利用Memoir可以在10秒內(nèi)搭建和分析一個(gè)存儲(chǔ)器模塊。

·低芯片面積，低功耗：Memoir可以把一塊面積功率比較低、性能較差的內(nèi)存合成為具有較高性能的存儲(chǔ)器模塊。Algorithmic Memory通過改變集成電路使存儲(chǔ)器模塊具有較高性能，還降低了芯片面積和功率消耗。

·方便地與現(xiàn)有的各種存儲(chǔ)器相兼容配置：通過簡單配置，可以快速地集成到不同的系統(tǒng)中去。

Al gor it hmic Memor y：為網(wǎng)絡(luò)和多核SoC提供突破性技術(shù)支持

由于Algorithmic Memory技術(shù)可以為嵌入式存儲(chǔ)性能提供一個(gè)數(shù)量級(jí)的增加，該公司的初始產(chǎn)品應(yīng)用主要專注于各種SoC系統(tǒng)設(shè)計(jì) (例如，ASICs，ASSPs，GPPs and FPGAs)和網(wǎng)絡(luò)交換器（Network Switches）、存儲(chǔ)局域網(wǎng)(SAN)交換器設(shè)計(jì)。

Memoir的CEO Adam Kablanian解釋說：“我們?yōu)榍度胧酱鎯?chǔ)世界開創(chuàng)了一個(gè)全新的篇章。如此通用和強(qiáng)大的技術(shù)可以為系統(tǒng)架構(gòu)師和SoC設(shè)計(jì)工程師提供下一代卓越的存儲(chǔ)性能。我們相信，網(wǎng)絡(luò)和多核計(jì)算這兩個(gè)產(chǎn)品領(lǐng)域可以最初地從我們的解決方案中受益”。

嵌入式存儲(chǔ)性能已成為SoC設(shè)計(jì)中整個(gè)系統(tǒng)性能的限制因素。Memoir用它的專利技術(shù)解決了這個(gè)瓶頸，最大化了算法效率。Algorithmic Memory以軟RTL IP的形式提供，可以快速地集成到不同的系統(tǒng)中去。它還提出多個(gè)接口并發(fā)訪問，提供10倍快的每秒內(nèi)存操作。

光速創(chuàng)投 (Lightspeed Venture Partners)，一家全球領(lǐng)先的風(fēng)險(xiǎn)投資公司，是Memoir Systems的一個(gè)主要投資者。光速創(chuàng)投的總經(jīng)理Barry Eggers說道：“我們投資Memoir Systems主要有兩個(gè)關(guān)鍵原因:首先，Memoir團(tuán)隊(duì)在存儲(chǔ)算法領(lǐng)域擁有世界一流的專業(yè)知識(shí)；其次，它獨(dú)特的專利技術(shù)可以跨越當(dāng)前和未來的存儲(chǔ)應(yīng)用技術(shù)。我們相信，這種團(tuán)隊(duì)和技術(shù)的實(shí)力組合將來能把Memoir推向一個(gè)更重要的地位，在某些市場領(lǐng)域占有更大的份額?！?/p>

Memoir公司創(chuàng)始人兼首席技術(shù)官Sundar Iyer指出：“通過Memoir的Algorithmic Memory技術(shù)，存儲(chǔ)器訪問性能可以被視為一個(gè)可配置資源實(shí)體。系統(tǒng)架構(gòu)師和設(shè)計(jì)師只需要通過一個(gè)簡單的按鈕接口就能配置他們所需的存儲(chǔ)模塊性能，例如，設(shè)定讀寫接口的數(shù)目，時(shí)間操作頻率，以及其他關(guān)于芯片面積和功耗優(yōu)化方面的特制需求?！惫緞?chuàng)始人和首席運(yùn)營官Da Chuang解釋說：“Memoir的綜合方法平臺(tái)可以從存儲(chǔ)IP庫中自動(dòng)選擇合適的模塊，并將我們的存儲(chǔ)算法綜合到新定制的目標(biāo)應(yīng)用程序中?！?/p>

嵌入式存儲(chǔ)器模塊性能在網(wǎng)絡(luò)SoC設(shè)計(jì)應(yīng)用中是一個(gè)主要的限制性因素。隨著網(wǎng)絡(luò)傳輸速度日益增加，交換機(jī)的架構(gòu)師發(fā)現(xiàn)越來越難跟上數(shù)據(jù)報(bào)文處理速度以避免緩沖區(qū)溢出。例如，在一張4*100 Gb/s的線卡上，新數(shù)據(jù)包每1.6納秒到達(dá)一次系統(tǒng)，此外，數(shù)據(jù)包處理系統(tǒng)支持廣泛的報(bào)文頭分析——比如，查找技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)即時(shí)流量統(tǒng)計(jì)、計(jì)數(shù)器、流量管理等等，和支持有效載荷處理應(yīng)用程序——比如，指令檢測、基于內(nèi)容的負(fù)載平衡、病毒掃描，這些導(dǎo)致對(duì)于每次數(shù)據(jù)包的到來都要產(chǎn)生數(shù)次的存儲(chǔ)訪問。僅是加快處理器的速度是不能提高網(wǎng)絡(luò)性能的，除非增加總的每秒存儲(chǔ)操作（MOPS）。這里，Memoir的 Algorithmic Memory技術(shù)能為系統(tǒng)架構(gòu)提供更快的MOPS，并且能自定義存儲(chǔ)容量、提供多個(gè)讀寫接口。

高速多核處理器改變了桌面、服務(wù)器應(yīng)用和嵌入式計(jì)算世界的游戲規(guī)則。然而，因?yàn)闋幱霉蚕泶鎯?chǔ)資源（比如，二級(jí)緩存或三級(jí)緩存），SoC系統(tǒng)的整體性能也會(huì)有所拖延。如果可以避免這些存儲(chǔ)方面瓶頸，系統(tǒng)架構(gòu)可以發(fā)揮更好的性能。

Renaissance 4X：革命性的商業(yè)產(chǎn)品

Renaissance 4X是Memoir Systems公司繼Renaissance 2X推出的第二代商業(yè)產(chǎn)品?；贛emoir的Algorithmic Memory技術(shù)，Renaissance 4X相對(duì)于傳統(tǒng)多端口系統(tǒng)，它引進(jìn)了一項(xiàng)革命性的技術(shù)，不僅提升了存儲(chǔ)器性能，也節(jié)省了功耗和芯片面積，縮短了產(chǎn)品上市時(shí)間，而且不要求進(jìn)行Silicon Validation（硅片物理驗(yàn)證）。如同所有的Memoir產(chǎn)品，Renaissance 4X利用“把算法綜合到固件”方法來提升現(xiàn)有嵌入式存儲(chǔ)器模塊的性能。它以軟RTL IP的形式交付，能快速地集成到不同的系統(tǒng)中去，并且線程、節(jié)點(diǎn)、Foundry之間相互獨(dú)立。Memoir提供的就像是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式存儲(chǔ)器模塊，并且可以方便地集成到現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)SoC設(shè)計(jì)流程。Renaissance 4X提供6個(gè)獨(dú)立的內(nèi)存生成器：一個(gè)3端口的2R1W，一個(gè)3端口的1R2W，一個(gè)4端口的3R1W，一個(gè)4端口的2R2W，還有專門設(shè)計(jì)的3Ror1W、4Ror1W內(nèi)存生成器。

IBM Microelectronics是Memoir的首批客戶之一，IBM高級(jí)工程師Robert Busch說：“一系列創(chuàng)新技術(shù)（例如，IBM的嵌入式DRAM技術(shù)）正在推動(dòng)著片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)性能的發(fā)展。通過與Memoir合作，我們能給芯片設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)SoC系統(tǒng)提供一種很高效的存儲(chǔ)子系統(tǒng)，可以改進(jìn)系統(tǒng)吞吐量并且加快復(fù)雜產(chǎn)品上市時(shí)間。”

Renaissance 4X可以緩解存儲(chǔ)解決方案定制的需求，并且它可以創(chuàng)建一個(gè)能提供6個(gè)多端口內(nèi)存生成器的通用存儲(chǔ)組合，這樣的通用組合能滿足不同的存儲(chǔ)和應(yīng)用需求。Memoir的產(chǎn)品使用標(biāo)準(zhǔn)6T BIST(內(nèi)建自修復(fù))和DFT(診斷功能測試)測試方法，它包含的RTL級(jí)已使用正式方法詳盡驗(yàn)證過，不再需要硅片物理驗(yàn)證。通過上述各種優(yōu)勢(shì)的組合，Renaissance 4X提供了一個(gè)重要的投放市場的時(shí)間優(yōu)勢(shì)，降低了產(chǎn)品開發(fā)成本和減少了風(fēng)險(xiǎn)。有了Renaissance 4X，顧客的選擇靈活多種，不用再拘泥于自定制的解決方案。例如，內(nèi)存復(fù)制，它的工作方式是以大功耗去換取較高的讀性能。再者，定制多接口芯片會(huì)造成更高的成本和風(fēng)險(xiǎn)，并且產(chǎn)品投放市場的時(shí)間也比較長。這意味著一般不能通過第三方IP核供應(yīng)商提供通用接口IP核。

“所有傳統(tǒng)的多接口設(shè)計(jì)都有一些很大的缺點(diǎn)，”Adam Kablanian解釋說，“它們都有成本高、風(fēng)險(xiǎn)高、開發(fā)時(shí)間被硅片驗(yàn)證拖延等缺點(diǎn)，但是有了Renaissance 4X，我們就能交付一個(gè)高性能、實(shí)惠、方便、通用多端口存儲(chǔ)器解決方案，可以解決整個(gè)行業(yè)的大部分需求?！?/p>

從應(yīng)用程序的角度看，Renaissance 4X滿足下一代應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)和通信子系統(tǒng)的SoC系統(tǒng)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)處理要求，這種數(shù)據(jù)要求傳輸聚合速度超過400 Gb/s。這意味著，Renaissance 4X可以為存儲(chǔ)器在一個(gè)周期內(nèi)多次訪問提供廣泛的適用性，例如，包緩沖區(qū)、計(jì)數(shù)器、即時(shí)流量、鏈表、調(diào)度器、表查找等等。另外，Renaissance 4X為多端口存儲(chǔ)器提供二級(jí)、三級(jí)緩存共享結(jié)構(gòu)，為多核SoC設(shè)計(jì)提供高訪問性能。

參考資料：www.memoir-systems.com