02.29 如果CPU緩存足夠大的話,是不是可以把系統裝進緩存裡?

旋風男孩11


理論是可以的,但是你要知道一個致命的問題,SRAM的確是速度非常快,如果真的可以把SRAM作為硬盤製造的話,那麼系統轉進去,那CPU也不用訪問內存的緩存了可以直接訪問硬盤,我想到那個時候系統的操作速度估計會飛起。但是正是為了讓SRAM更快速的讀寫,SRAM的內部構造要遠遠複雜於DRAM內存。

一個DRAM內存可能只需要一個電容和一個晶體二極管就搞定了,但是SRAM需要存儲單元陣列(core cells array),行/列地址譯碼器(decode),靈敏放大器(Sense Amplifier),控制電路(control circuit),緩衝/驅動電路(FFIO)這麼五個部分才能構成一個存儲單位,因此需要放下這麼多的元器件,你就可以知道要是用作它作為大量數據村村器一個32GB的芯片得需要多大,即使做出來估計也有大半個手機那麼大了,一個512GB的硬盤需要16個這麼大的芯片合起來有筆記本那麼大了,你就想想吧一個512GB的硬盤都要筆記本那麼大,那麼一臺電腦得要做多大。

上面除了SRAM不能用於高密度集成主流存儲器之外,還有一個原因就是其耗電量問題,因為其元器件構成複雜,一個存儲單元的耗電量相比較DRAM的好電量就是四到五倍,可想而知,同樣存儲容量下存儲芯片聚合到一塊的耗電量有多大,耗電量的增大帶來的就是發熱問題,估計即使是造出來的這樣的芯片,那麼每塊芯片上面都要放上一個大功率風扇才可以,話題又折了回來了,如果加上風扇的體積,那麼一個512GB的硬盤厚度嘛估計就有十幾公分,這分明不是硬盤分明是一塊詐彈吧,並且你家的電閘也會跳閘了。

當然其帶來的速度估計拷貝個100GB的東西也是幾秒鐘的事情。還有一個就是造假問題,如果是一塊SRAM芯片造出來的硬盤估計得個幾十萬吧至少是這麼多。

所以你的設想是好的,但是考慮其本身的一些缺陷問題,其根本不適合做高密度集成的主流存儲設備,其目前最成功的應用還是作為各種高速緩存存在,這也是目前計算機制造在成本和性能最完美的平衡,因此不要再搞這樣異想天開的設想了。


程序小崔


不考慮經濟性也就是錢的問題,以現在的技術能力,確實可以製造出能裝下系統的CPU緩存,但是請相信我,你把系統裝進CPU緩存後,結果會讓你懷疑人生。

先說緩存(Cache)。緩存是分級的,在手機SOC芯片的CPU中,一般有三級緩存,分別是L1、L2、L3,都是由晶體管構成,區別在於晶體管的多少、大小和複雜程度,但肯定是速度快的緩存,晶體管數量更少、複雜程度更高,更耗電。

那麼SOC芯片中,緩存有多大呢?下圖是驍龍845的內核X光照片,CPU的三級緩存也就是L3 Cache被我圈出來了,面積佔了整個芯片的大約1/70,容量有2MB。


我們假設都將安卓8.0系統裝到L3 Cache中。安卓8.0系統大約有1.8GB左右,也就是1800MB,是驍龍845的CPU的L3 Cache的900倍,而L3 Cache的面積大約是整個845芯片的1/70,也就是0.34平方毫米(估算,數字不一定精確,見諒),容量擴大到1.8GB的話,面積大約為304平方毫米,相當於長3.04釐米,寬1釐米,不算誇張啊。考慮到手機還要裝應用,流暢運行還要有空閒空間,因此緩存容量至少還要再加1.8GB,總容量達到3.6GB,面積大約為608平方毫米,相當於長3.04釐米,寬2釐米。

芯片封裝後才能使用,封裝後的面積至少要增加50%,也就是說3.6GB的緩存封裝後的總面積至少為912平方毫米,相當於長3釐米,寬3.04釐米,這個面積,現在的手機也能比較輕鬆裝下。

但是由於緩存速度很快,我們都知道,馬兒能跑必然能吃,換句話說,3.6GB的緩存耗電量也是上千倍增加,手機估計一會兒就成電爐子了。

即使你解決散熱問題,這顆帶著超大號緩存的驍龍845速度會不會快到飛起呢?答案令人沮喪,它會從兔子變成烏龜。因為緩存做到這麼大,CPU要在一個時鐘內訪問所有緩存單元,CPU內核不得不降速,而且是好幾個數量級的降速,結果就是手機卡頓明顯。

花了大筆錢,動用海量技術資源,得到的是一部運行慢吞吞的手機,所以一味增大緩存並不能提高性能,這也是多年來,CPU內核速度在提升,但緩存容量增加緩慢的原因。


段馬樂諮詢


cpu行不行不知道 我見過裝到內存條的 速度超快 就是別關機


123ddc


從事軟件開發多年,這是一個非常有意思的話題,理論上是可行的但起碼要滿足兩個條件,有這麼容量的緩存其實就是不計代價,其二默認的操作系統可以針對緩存進行移植對接。這種想法只是在適用於理想狀態下,真是狀態下意義不是很大,畢竟成本因素佔比還是非常大。未來科技的發展不排除有這種設想,主要因素還是成本方面的問題,現在配置電腦都會帶著ssd硬盤,而且ssd硬盤在誕生之初價格也是高的嚇人,隨著技術的成熟以及產業鏈的成熟慢慢,成本逐漸下來了。

現在講下緩存的原理,緩存就是數據交換區,計算機的工作原理是CPU訪問的數據都是放置在內存區,如果需要保存操作硬盤來完成,現在常說的運行的程序文件存儲在硬盤上,運行的時候在內存上,為了提升效率專門在cpu上集成一個緩衝區,就是我們說到的緩存,cpu的緩存作用就是數據交換區,cpu在訪問數據的時候第一優先級先把緩存裡面的數據取出來,如果沒有再從內存中獲取,但這個效率就會下降很多,大家都知道緩存是個好東西,但由於其材質等方面的因素價格要比普通的內存多上好幾倍,而且為了不影響cpu的性能體積還不能太大,所以常見的緩存一般都設置的很小,即使很小性能上也會提升許多。

其實這種方式在軟件上利用空間換時間的方式,有些大塊頭的軟件為了提升運行的效率提前分配一塊內存運行,這樣運行的時候直接運行內存中程序,效率就會提升許多,所以無論硬件還是軟件都有想通之處,現在的緩存技術已經升級到二級,三級的水準,道理還是相似,就是起到數據緩衝區的作用,而且這裡面涉及到一個非常重要的概念,由於數據交換的頻度或者調用的次數不一樣,對於緩衝區數據的交換需要按照一定的算法規則來實現,不同的緩衝區可能採用不同的算法,不要覺得CPU裡面的編程就變少了,只能講軟件無處不在。

多級緩存的原理如果再次深入學習的話,會變得十分複雜,緩存之間還需要固定的通訊格式,如果再加上多核cpu複雜度又是數量級的提升,所以芯片這塊國內還是非常大的弱項,主要這項技術需要一個長時間的積累,不是單靠拿出幾年的時間就能突擊出來的,現在國內能做出來的基本上屬於底端芯片,華為的麒麟芯片算是比較高端的了,也是經歷多少年的打磨,在技術上距離頂端的還是存在一定的距離,不過隨著時間的推移國人早晚會擁有屬於自己的芯片技術,畢竟落後的太多了。

所以我們平時在買電腦的時候,一旦想追求點高速度就需要有大的緩存,而且增加一點很小的緩存就能增加不少金錢,所以緩存技術算是cpu裡面一項非常重要的技術創新。

希望能幫到你。


大學生編程指南


這個問題很有意思,所以不請自來答一發。先說能不能把系統裝進緩存。我的看法是,把系統裝進CPU緩存裡的想法完全可行,因為以現有的技術手段,可以在PC的CPU上做出容量大到裝下系統的緩存,但在手機CPU上則不行,至於為什麼,後面再說。

CPU和硬盤之間隔著內存和緩存(Cache),速度從大到小依次為CPU/一級緩存>二級緩存>三級緩存>內存>硬盤(備註:二級緩存在CPU內時,運行速度與主頻相同,在CPU外時,運行速度降為主頻一半,這裡假定二級緩存在CPU外)。

各級存儲之間的關係可以打個粗淺的比方:硬盤相當於快遞倉庫,內存相當於快遞營業部,二/三級緩存相當於快遞三輪車貨箱,一級緩存相當於盛著貨物(數據)的快遞箱。比方不一定精確,能理解就好。

題主的想法是把系統裝進緩存,相當於直接把貨物放到三輪車貨箱,不經過倉庫和快遞營業部。只要“三輪車貨箱”(二/三級緩存)夠大,完全可以裝下龐大的“貨物”(系統)。而以目前的芯片製程工藝,是可以將二/三級緩存做到32個GB,並把它集成到CPU內核外。

一條筆記本用的普通的32GB內存條如下,如果去除封裝、周圍電路和PCB板,實際芯片面積可能只有整個板子的1/6大。

考慮到緩存是SRAM(Static RAM),屬於靜態存儲器,結構比內存條採用的DRAM(隨機動態存儲器)複雜,體積是DRAM的6倍,所以32GB容量的SRAM芯片體積差不多就是一根32GB筆記本內存條大小,集成到CPU內核外圍後,體積不會太誇張。

我們看到的CPU尤其是電腦CPU,之所以看起來體積不算小,主要是因為封裝和引腳撐大了體積,真正的芯片僅比成人指甲蓋略大,如上圖紅框內部分。所以CPU加上32GB二/三級緩存後,整個體積可能並不比下圖的“白金至強”大(注意比較至強和人手的大小)。不過這個體積對手機來說還是太大了,能耗也會高到嚇人,所以在手機SOC芯片上沒有實際操作性。

前面有回答說緩存太大的話,成本會太高。這也不是問題,SRAM僅比DRAM貴4倍,這點開銷對土豪來說真不算啥,一般燒友咬咬牙、跺跺腳就能承受。

一句話,在CPU上(CPU內核外)集成能裝下系統的緩存,從技術上說可行,從成本上看也並非高不可攀,簡單說可以操作。

問題又來了,既然可行,為啥不見英特爾、AMD推出這種產品呢?

答案是,緩存用的SRAM和內存用的DRAM都是易失性存儲,一斷電,數據清零,你還得重新裝操作系統,煩不煩?

有人說,我24小時供電,像服務器那樣,應該沒問題了吧。

答案是,仍然有問題,CPU每次運算時,並不會用到全部系統代碼(實際上也不可能),只會用到很少一部分,換句話說,把系統都裝進緩存並不會提升運算速度和數據傳輸速度,反而會造成資源浪費。

總之,把系統裝進緩存,技術可操作,成本也不是問題,唯一的問題是沒實用性,這也是芯片大廠們沒有推出相關產品的原因。



魔鐵的世界


真是閒人瞎操心,AMD和因特爾想把緩存擴大裝系統那是分分鐘的事,只不過都鑲嵌進去不是有太多廠家倒閉,太多工人失業,賽揚和奔騰還有酷睿其實成本差不多,為什麼還要分369等,就是套路多要多掙錢也給更多人就業機會


Zzpy


掉電就沒了


AaronDjc


可以!


大叔頭不禿


那你先準備個250萬日元買CPU!


cdwengg


如果你的腦洞夠大,也可以把大海裝進去


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