Lý do CPU và Ram chưa được đóng gói chung với nhau để tăng tốc độ xử lý?

trong các câu hỏi cho công việc ứng viên xin việc làm quầy chăm sóc khách hàng tại Apple Store, có một câu hỏi rất thú vị: "Giải thích RAM là gì với một đứa trẻ 5 tuổi?"

Để dễ tưởng tượng, RAM cũng như ba lô đựng đầy kẹo đeo trên lưng một đứa trẻ 5 tuổi để phát kẹo cho những bạn trong lớp vậy. Thay vì thường xuyên phải trở lại lấy kẹo trong thùng mỗi lần phát hết, đứa trẻ đó rất có thể lấy kẹo luôn từ trong túi ba lô của chính bản thân để phát cho các bạn, nhanh gọn lẹ hơn và tiết kiệm ngân sách và chi phí thời gian hơn.

Nó cũng giống như nghĩa vụ của RAM trong máy tính xách tay vậy, là nơi đưa tài liệu cho CPU để ứng xử các tác vụ, thế cho nên, nó rất cần được có vận tốc dõi theo ghi rất nhanh chóng, do khi đó tốc độ xử lý của CPU có khả năng sẽ bị giới hạn bởi tốc độ xem ghi dữ liệu từ RAM.

Nhưng nếu chính bạn nhìn vào bo mạch chủ của máy vi tính, bạn sẽ phát hiện CPU và RAM dù được đặt rất gần nhau trên bản mạch, vẫn có một khoảng cách nhất định giữa chúng. So với kích cỡ của mỗi bóng bán dẫn trên những bộ ứng xử, khoảng cách này trở nên rất chi là lớn. Vậy tại sao những người thiết kế máy tính xách tay không đặt CPU và RAM ngay trên cùng một die chíp để có tốc độ xử trí nhanh gọn lẹ hơn, khi giảm được khoảng cách giữa chúng?

>>> tìm hiểu thêm: bán dell r940



Bộ nhớ của CPU - bộ nhớ cache

Trên thực ra, bản thân CPU cũng đều có một vùng RAM riêng được gọi là bộ nhớ cache. Tuy nhiên, nó có chi phí đắt hơn hẳn đối với RAM và bởi vậy, nó làm giá CPU thường bị đội lên rất cao phụ thuộc vào dung tích bộ nhớ của nó. Đây là tại sao vì sao người ta thường chỉ thấy các bộ nhớ cache với dung lượng vài MB trên các CPU.

Bộ nhớ cache sự thật đã giúp tăng tốc xử lý cho CPU khi tối thiểu hóa thời giờ bộ ứng xử phải chờ đợi khi đang lấy dữ liệu từ RAM về. Khi cần truy vấn vào bộ nhớ, trước tiên CPU sẽ việc tìm kiếm trong bộ nhớ cache trước để xem liệu bộ nhớ cache có đọc/ghi giá trị đó mới gần đây hay không. Nếu cache có mức giá trị mà bộ xử trí cần, nó sẽ hoàn trả cho CPU, nếu không, bộ xử trí mới tìm về RAM để đưa được giá trị nó cần – dĩ nhiên với vận tốc chậm hơn.

Vậy tại sao các người thiết kế chip không tăng dung lượng bộ nhớ cache lên, ví dụ ngang với dung lượng RAM để CPU tăng vận tốc ứng xử và đơn giản hóa thiết kế?

Để đã đạt được vận tốc cao như ý, bộ nhớ cache của CPU dùng loại RAM tĩnh hay SRAM. Tuy có vận tốc rất nhanh gọn lẹ, nhưng SRAM lại tốn không ít điện năng và khá cồng kềnh. Để tàng trữ một "bit" dữ liệu, nó cần đến 6 bóng bán dẫn, và mỗi "byte" dữ liệu lại chứa đến 8 bit.

nghĩa là nếu như có thanh SRAM dung tích 1 GigaByte (GB), nó sẽ phải chứa đến 48 tỷ bóng bán dẫn – một con số kinh khủng nếu như so với con số bóng bán dẫn trên CPU – trong cả bộ ứng xử Broadwell-E 6 lõi Core i7-3960X của Intel cũng chỉ có 2,27 tỷ bóng bán dẫn, và nó cũng chỉ có bộ nhớ cache 15 MegaByte (MB) mà thôi.

Như bạn thấy hình vẽ thể hiện về bộ xử lý máy tính xách tay ở trên, trong lúc những bộ xử trí đều sở hữu form size số lượng giới hạn, những mạch kết hợp của bộ nhớ lại rất phức hợp và tốn không ít không gian. Bởi vậy, nếu bạn tăng size bộ nhớ cache trên chip lên, bạn sẽ không còn phần nhiều khoảng không để tại vị CPU của mình vào trong số ấy nữa. Với kích cỡ hạn hẹp như trên, không lạ vì sao bộ nhớ cache trong bộ ứng xử thường chỉ có dung tích vài MB mỗi chip.

Một khó khăn khác của việc gia tăng dung lượng bộ nhớ cache là ngân sách. Bản thân bộ nhớ cache được làm từ loại bộ nhớ SRAM, có vận tốc rất nhanh chóng nhưng cũng tương đối đắt đỏ, tăng dung lượng nghĩa là sẽ làm tăng ngân sách cho mỗi bộ xử trí chứa CPU và bộ nhớ cache đó. Điều này đồng nghĩa tương quan với việc không nhiều người đủ tiền mua được những CPU này. Đánh đổi giữa hiệu quả kinh doanh để đổi lấy việc ngày càng tăng một hiệu năng không hẳn là điều thực tế lắm.

>>> xem thêm: dell r740



vẫn còn đó một loại bộ nhớ khác giá cực mềm hơn

Đối nghịch với giá đắt đỏ của SRAM trong bộ nhớ cache là DRAM dùng thông dụng trong những thanh RAM máy tính xách tay hiện nay. Nó có giá bán ngày càng rẻ hơn và dung lượng lớn hơn. Không chỉ có thế nó còn có cấu trúc nhỏ gọn hơn so với SRAM khi mỗi bit dữ liệu chỉ sử dụng đến một bóng bán dẫn. Tuy vậy, nó lại có tốc độ chậm hơn đáng kể so với SRAM.

Vậy liệu rất có khả năng đặt DRAM vào trong CPU để tăng tốc độ và dung lượng bộ nhớ cho bộ xử trí không? Trên thực tế, kiến trúc đó cũng được Intel vận dụng nhưng không có nghĩa là nó thay thế được vai trò của RAM thường thì.

việc làm của eDRAM trong bộ xử trí Intel thế hệ Haswell.

bắt đầu từ chip thế hệ Haswell của Intel, hãng chip đó đã kết hợp một bộ nhớ DRAM trên cùng một die chip với CPU, được gọi là eDRAM (hay Embedded DRAM – DRAM nhúng), và eDRAM vẫn được dùng trên chip Intel thế hệ Coffee Lake.

cho dù nó mang lại những ưu điểm về hiệu năng đối với phong cách thiết kế cũ, nhưng nó không bị mất những điểm yếu kém khiến nó không còn thay thế sửa chữa cả SRAM lẫn DRAM thông thường.

đầu tiên là vận tốc của nó so với SRAM. Ngay cả những lúc được kết hợp ngay trên die chip bên cạnh CPU, xung nhịp của chính bản thân nó vẫn chậm hơn xung nhịp của CPU, trong lúc SRAM lại sở hữu xung nhịp cũng giống như CPU. Không những thế đặc tính của DRAM khiến nó phải liên tiếp được thiết kế mới hàng trăm lần mỗi chu kỳ luân hồi để ngăn cản bị mất dữ liệu, trong những lúc SRAM lại không cần phải làm vậy. Vì vậy, DRAM hoặc là eDRAM vẫn đang còn độ trễ lớn hơn nhiều so với SRAM và chỉ được dùng như bộ nhớ cache L3 hoặc là L4 bên cạnh CPU.

bên cạnh đó, eDRAM cũng không còn thay thế DRAM. Trước tiên là vì dung tích. Hiện tại bản thân eDRAM trên những CPU cũng chỉ có dung lượng 128 MB, quá bé so với con số hàng GigaByte của các thanh RAM hiện nay.

Phải tới các chip Kaby Lake G mới ra mắt mới gần đây, Intel mới bước đầu đưa ra các con bộ xử lý với CPU, GPU và dung tích RAM lớn (có dung lượng đến 4GB nhờ dùng HBM2 - loại tiếp xúc bộ nhớ băng thông cao) được đặt chung trên một die chip. Tuy nhiên, những máy vi tính trang bị bộ ứng xử đó cũng vẫn phải có những thanh RAM thường thì đi kèm.

Một tại sao khiến eDRAM không thay thế sửa chữa được DRAM là do phương thức hoạt động của bộ nhớ cache khác hẳn so với bộ nhớ RAM. Dữ liệu lưu trên bộ nhớ cache được ghi địa chỉ tương đồng và hoàn toàn có thể bị xóa bất ngờ, trong những lúc dữ liệu trên RAM được đặt vào các vị trí riêng lẻ cho từng phần mềm.

không chỉ là vậy, việc đóng gói RAM và CPU cùng với nhau sẽ khiến việc tăng cấp trở nên gian nan hơn. Khi muốn tăng dung tích RAM để chạy được các tác vụ ngốn nhiều RAM hơn, người tiêu dùng có thể buộc phải mua cả CPU mới, dù không cần thiết.

trong khi việc đóng gói CPU và RAM máy tính xách tay thành một khối ít đưa về những giá trị thực chất khi bản thân CPU đã có sẵn không ít loại bộ nhớ khác biệt được phối kết hợp ngay bên trong nó. Chúng giúp tăng tốc độ xử trí của CPU lên đáng chú ý nhưng không thế cho nên mà chúng loại bỏ trọn vẹn tầm quan trọng của RAM trên máy tính xách tay.

>>> tìm hiểu thêm: bán server dell r740xd