DRAM-minnets energiförbrukning är en viktig fråga i moderna datorsystem. Förbättringar av tillverkningsprocessens teknik har gjort det möjligt för DRAM-leverantörer att minska DRAM-spänningen försiktigt, vilket minskar en del av DRAM-energiförbrukningen. Vi vill minska DRAM-spänningen mer aggressivt, för att ytterligare minska energin. Aggressiv spänningsreducering kräver en grundlig förståelse av den effekt spänningsskalning har på DRAM access latens och DRAM-säkerhet. I detta dokument har vi en övergripande strategi för att förstå och utnyttja latens- och tillförlitlighetsegenskaperna hos moderna DRAM-minnen när matningsspänningen sänks under den nominella spänningsnivå som anges i DRAM-standarderna. Med hjälp av en FPGA-baserad testplattform utför vi en experimentell studie av 124 riktiga DDR3L (lågspänning) DRAM-chips som nyligen tillverkats av tre stora DRAM-leverantörer. Vi finner att minska matningsspänningen under en viss punkt introducerar bitfel i data, och vi karakteriserar övergripande beteendet hos dessa fel. Vi upptäcker att dessa fel kan undvikas genom att öka latensen i tre större DRAM-operationer (aktivering, restaurering och förladdning). Vi utför detaljerade DRAM-kretssimuleringar för att validera och förklara våra experimentella resultat. Vi karakteriserar också de olika sambanden mellan minskad matningsspänning och felplatser, lagrade datamönster, DRAM-temperatur och lagring av data. Baserat på våra observationer föreslår vi en ny DRAM-energireduktionsmekanism, kallad Voltron. Huvudidén med Voltron är att använda en prestandamodell för att avgöra hur mycket vi kan minska matningsspänningen utan att införa fel och utan att överskrida ett användarspecifikt tröskelvärde för prestandaförlust. Våra utvärderingar visar att Voltron minskar den genomsnittliga DRAM- och systemenergiförbrukningen med 10,5% respektive 7,3%, samtidigt som den genomsnittliga systemprestandaförlusten begränsas till endast 1,8%, för en mängd olika minnesintensiva fyrkärniga arbetsbelastningar. Vi visar också att Voltron avsevärt överträffar tidigare dynamiska spännings- och frekvensskalningsmekanismer för DRAM.
Voltron REF använder en experimentell karakterisering av verkliga DRAM-moduler för att identifiera förhållandet mellan DRAM-försörjningsspänning och latensvariation.
Understanding Reduced-Voltage Operation in Modern DRAM Devices: Experimental Characterization, Analysis, and Mechanisms
{'venue': 'POMACS', 'journal': None, 'mag_field_of_study': ['Computer Science']}