Así es la GCRAM, la memoria que podría sustituir a la SRAM como caché de las CPU y GPU de Intel, AMD y NVIDIA
El equipo de investigación de Stanford está trabajando en una nueva tecnología que podría revolucionar las memorias caché internas de las CPU y GPU, superando las limitaciones actuales de la memoria SRAM. Esta investigación, liderada por el profesor Philip Wong, se centra en una memoria de celda de ganancia híbrida, o GCRAM (Gain-Cell Random Access Memory) que combina características de la SRAM y la DRAM para ofrecer una solución más eficiente y efectiva en términos de rendimiento, almacenamiento y consumo energético. Hoy te explicamos en qué consiste y cómo puede cambiar las CPU y GPU del futuro para Intel, AMD y NVIDIA.
La propuesta surge como respuesta a los problemas existentes en las memorias caché modernas, cuyo diseño ha llegado a un punto crítico, conocido como el "muro de la memoria", especialmente en los chips de GPU.
GCRAM, la memoria que tiene lo mejor de la SRAM y DRAM para las futuras CPU y GPU
El "muro de memoria" hace referencia a los cuellos de botella que se generan cuando las GPU deben extraer datos desde la DRAM, sea desde la HBM, GDDR o DDR5, hacia la memoria caché SRAM. Este proceso no solo es lento, sino también ineficiente en cuanto al consumo energético como bien sabemos. La SRAM como caché es una memoria muy rápida, pero ocupa mucho espacio en las CPU y GPU, además de ser muy costosa.
Además, utiliza seis transistores por bit (cuatro de almacenamiento por bit y dos de control de acceso) lo que limita la capacidad de almacenamiento en los diseños de Intel, AMD o NVIDIA. Por otro lado, la DRAM, aunque más compacta y capaz de almacenar más datos con un solo transistor, necesita una actualización constante para mantener los datos activos, donde además su estado inicial debe restablecerse para cada lectura y así volver a estar lista.
La GCRAM, o memoria de celda de ganancia híbrida, que está siendo desarrollada en Stanford promete ser una solución eficaz a estas limitaciones. Su principal ventaja radica en su capacidad para almacenar más datos en menos espacio, mejorando la densidad de almacenamiento de las cachés de bajo nivel (LLC).
Esto es crucial porque una caché más grande reduce el tiempo que se tarda en transferir los datos desde la DRAM hacia la CPU o la GPU, disminuyendo así la latencia y mejorando el rendimiento general del sistema. Además, esta tecnología ofrece una mayor eficiencia energética, un aspecto vital para los futuros diseños de procesadores, dado que el consumo de energía es uno de los mayores desafíos en la informática actual.
Compatibilidad con las tecnologías de apilamiento vertical actuales
Otro punto clave de esta investigación es su potencial compatibilidad con técnicas de apilamiento 3D, como la 3D V-Cache de AMD y TSMC. Esto podría permitir que las capacidades de los procesadores se expandan aún más, aprovechando al máximo el espacio disponible en los chips sin aumentar significativamente el costo o el tamaño de la CPU o GPU.
Así, la combinación de celdas de ganancia híbrida y un apilamiento 3D podría abrir nuevas posibilidades para los diseños de sistemas en chip (SoC), particularmente en CPU y GPU, donde el rendimiento y la eficiencia son un problema. Esto se confirma sin ir más lejos en los diseños y arquitecturas de Intel y AMD con los Core Ultra 200S y los Ryzen 9000, donde Arrow Lake-S y Zen 5 se han basado en mejorar la eficiencia con distintos caminos.
Un aspecto técnico importante de la GCRAM es cómo combinar los beneficios de la SRAM y la DRAM. Al separar los transistores de lectura y escritura, se logra evitar la necesidad de un capacitor adicional, lo que mejora la velocidad de acceso a los datos y reduce la complejidad de la estructura de la celda.
Más rendimiento, menor espacio físico en los chips, menor consumo energético
Además, esta tecnología elimina las lecturas destructivas de la DRAM, donde los datos deben ser reescritos tras cada lectura, y también mejora la retención de datos, permitiendo que se mantengan estables durante períodos mucho más largos en comparación con la DRAM convencional. En concreto, de 64 ms se pasa a 5000 segundos, una diferencia brutal, pues se estabilizan por más de una hora.
El impacto potencial de esta tecnología es significativo. Al ser capaz de reemplazar la SRAM, que es costosa y tiene una capacidad limitada, con una GCRAM de mayor densidad, los procesadores podrán manejar más datos directamente en la memoria caché, reduciendo la necesidad de recurrir a la DRAM. ¿Quire decir esto que necesitaremos menos DDR5 y GDDR5 en CPU y CPU? No, lo que quiere decir es que habrá que acceder menos a ellas, a su información, con las ventajas que ello tiene.
Esto no solo acelerará el acceso a los datos, sino que también disminuirá el consumo energético, un factor crítico para los centros de datos y otros sistemas de alto rendimiento. Por lo tanto, es la primera vez que vemos una tecnología así, con tanto potencial de cambiar por primera vez en la historia la SRAM como tal, quitando sus limitaciones de un plumazo para así elevar el rendimiento mientras se reduce el consumo, con un coste inferior y sin desventajas evidentes. Algo totalmente revolucionario que podría definir las CPU y GPU del futuro.