混合主存设计：SRAM与PRAM的能效优化

"这篇论文研究了基于SRAM和PRAM混合主存的设计，旨在解决DRAM高静态功耗导致的大容量主存系统能耗过大的问题。通过将SRAM用作PRAM的专用写缓存，并应用改进后的LRFU算法，实现了在不影响性能的前提下降低主存系统能耗和延长PRAM使用寿命的目标。实验结果表明，该混合存储结构的能耗-延时积（EDP）比纯DRAM结构低40%，同时减少了PRAM的写操作次数，降低了PRAM的损耗。" 本文关注的是计算机系统中主存能耗的问题，尤其是DRAM作为当前主流主存技术面临的挑战。DRAM的静态功耗高，当构建大容量主存时，能耗占整个系统比例显著，尤其是在服务器应用中，可达系统总能耗的40%。为了寻求解决方案，研究者开始探索DRAM的替代技术，其中PRAM（Phase Change Random Access Memory，相变随机存取存储器）因其非易失性、高速度和低功耗等优点，成为了潜在的候选。 PRAM利用硫系化合物（GST）作为存储介质，通过材料在晶态和非晶态之间的相变差异来存储数据。与传统的存储技术相比，PRAM具备更快的读写速度、更低的功耗和非易失性等优势。然而，PRAM在写操作过程中存在寿命限制，频繁的写入会加速其老化。 为了解决这个问题，论文提出了一种混合主存系统，结合了SRAM（Static Random Access Memory，静态随机存取存储器）和PRAM。SRAM被用作PRAM的专用写缓存，这可以减少直接对PRAM进行写操作的次数，从而减轻PRAM的损耗。同时，采用改进的局部替换频率优先（Local Replacement Frequency First，LRFU）算法，以优化写缓存的管理，进一步提高性能并降低能耗。 仿真结果证实了这种方法的有效性。混合存储结构的EDP仅为纯DRAM结构的40%，这意味着在保持相似性能的情况下，能耗显著降低。此外，与纯PRAM结构相比，该设计能够将PRAM的写操作次数减少28.5%，相比于将SRAM用作常规缓存，PRAM的写次数也能减少13%。这些改进不仅有助于减少能源消耗，还延长了PRAM的使用寿命，对构建高效且节能的计算机系统具有重要意义。