Схемы памяти и мобильные сети

Схемы памяти и мобильные сети

Выпуск 9(6683) от 07 мая 2019 г.
РУБРИКА: СРЕДСТВА СВЯЗИ

По мере перехода к сетям связи поколения 5G появляются новые проблемы, связанные со схемами памяти – ​в частности, с тем, что ДОЗУ и флэш-память вытесняют СОЗУ и троичную ассоциативную память. Кроме того, при переходе к сетям 5G критически важным аспектом становится время ожидания ИС ЗУ.

Современные мобильные сети существенно отличаются от своих предшественников. Сети 5G не только представляют собой огромный скачок в области средств связи по сравнению с поколением 3G, но и требуют гораздо больших объемов памяти. Также существенно увеличиваются вычислительные возможности. Мобильные сети передают 4K-видео, речь, текстовые документы. К подключенным к сетям приборам теперь относятся не только смартфоны, но и датчики, парковочные счетчики, интеллектуальные автомобили, носимая электроника, приборы коммунальных служб (рис. 1).



Источник: Micron Technology

Рисунок 1. Тенденции развития сотовых сетей за последние 40 лет: не только рост быстродействия, но и растущий спрос на емкость встраиваемых ЗУ, включая смартфоны и оборудование, хранящие перемещаемые данные


Телекоммуникационная инфраструктура теперь является и сетевой, и вычислительной – ​флэш-память и ДОЗУ вытесняют СОЗУ и троичную ассоциативную (адресуемую) память (ternary content-addressable memory, TCAM), что позволяет на той же площади разместить намного больший объем памяти.

Высокоскоростные TCAM способны просмотреть все свое содержимое за один период тактовых импульсов, причем делают это быстрее, чем СОЗУ. Это основа сетевого оборудования, такого как высокопроизводительные маршрутизаторы и переключатели, обеспечивающая увеличение скорости поиска маршрута, классификации пакетов, пересылки пакетов и команд управления доступом на основе списка. Несмотря на свою долговечность, TCAM являются в некотором роде экзотикой – ​они достаточно дороги, круг их поставщиков ограничен. Положительный момент – ​существенная окупаемость их использования. Применение данных приборов позволяет оптимизировать маршрутизаторы, ускоряя их работу с использованием меньшего количества обрабатывающего аппаратного обеспечения.

Стандартные схемы TCAM на основе СОЗУ обычно реализуются в 16-КМОП-транзисторной конфигурации, что ограничивает их емкость в стандартных структурах памяти несколькими десятками мегабайт. Возможной заменой могут стать схемы ДОЗУ, так как ИС данного типа с гигабайтным уровнем емкости стоят почти в 100 раз меньше, чем аналогичные быстродействующие СОЗУ.

Еще одна альтернатива – ​резистивные ОЗУ (RRAM/ReRAM). В конце 2018 г. специалисты Leti продемонстрировали схему TCAM на основе RRAM, которая по характеристикам примерно соответствует КМОП-схемам СОЗУ для многоядерных нейроморфных процессоров, правда, ее производительность и надежность пока оставляют желать лучшего. Одна из основных проблем ReRAM, как и считающихся перспективными схем магниторезистивной памяти (MRAM),  – ​температурные границы работы, не соответствующие требованиям операторов мобильной телефонной связи.

Несколько лет назад операторы телекоммуникационных сетей предъявляли к схемам памяти еще одно требование – ​безотказность работы в течение 30 лет. Сейчас требования смягчились, и операторов вполне устраивает долговечность 5–10 лет. Частично это объясняется динамикой развития сетей – ​точнее, скоростью их развертывания. Так, если для сетей поколения 4G стандартным требованием был срок службы схем памяти до 10 лет, то с переходом на поколение 5G сроки сокращаются. Помимо этого, специалисты отмечают, что последнее поколение мобильных сетей – ​это просто технологическая платформа на основе уже имеющейся инфраструктуры широкополосной связи. Действительно, если в случае сетей 3G/4G основное внимание уделялось широкополосной связи (в том числе в рамках перехода с аналоговых на цифровые технологии), то поколение 5G рассматривается как более целостная платформа, на основе которой можно реализовывать более обширные возможности. Кроме того, значительную роль играет фактор Интернета вещей.

Критически важный параметр схем памяти при переходе к поколению мобильных сетей 5G (рис. 2) – ​время ожидания: чем оно меньше, тем лучше поддерживаются такие приложения, как онлайн-игры, дополненная (artificial reality, AR) и виртуальная реальность, автономные транспортные средства и т. п. Отдельную позицию в этом списке занимает дистанционная хирургия (remote surgery). Развитие подобных приложений иллюстрирует переход к более распределенной модели вычислений, что не может не затрагивать сферу схем памяти.



Источник: Objective Analysis

Рисунок 2. Примерная структура сетей 4G/5G


Так как в настоящее время вычислительные средства и возможности распределены от процессора в пользовательском приборе (смартфон, ноутбук, ПК и т. д.) до облачного ЦОД и т. п., проблемы с точки зрения структур памяти станут возникать по всей цепочке прохождения возможных операций. Соответственно, характеристики ЗУ, особенно на уровне аппаратной реализации, становятся все более значимыми. При этом диапазон рабочих температур будет иметь все большее значение в зависимости от того, где будут осуществляться вычислительные действия.

Для пересылки пакетов данных по-прежнему будут использоваться методики DDR и схемы памяти с высокой пропускной способностью. По этой причине потребность во встраиваемой памяти во всей сетевой инфраструктуре будет расти. С этой точки зрения переход от 4G к 5G во многом будет связан с проблемами поддержки унаследованного оборудования, а сектор нового аппаратного и программного обеспечения станет развиваться опережающими темпами.

Интересно, что понятие линии связи становится «размытым» – ​эволюция от телекоммуникационной сети до технологической платформы означает, что речь идет не только о лучшей передаче голосовых сообщений и SMS/MMS, но и о поддержке более широкого спектра сценариев (краевые вычисления и т. п.). При этом с течением времени объем использования в сетях искусственного интеллекта будет увеличиваться, что, в свою очередь, обострит проблемы с пропускной способностью и требуемыми объемами памяти.

Требования к схемам памяти, используемым в облачных и краевых вычислениях, в основном сводятся к низкой потребляемой мощности и высокому уровню обес-печения безопасности данных. В этом плане использование 3D-схем флэш-памяти NAND-типа проблематично – ​как по длительности хранения данных в краевых приложениях, так и по необходимости своевременной отправки данных в соответствующий центр обработки данных (ЦОД). При этом, хотя технология 5G является принципиально беспроводной, перед ней по-прежнему будет стоять задача поддерживать широкий диапазон связи (мобильная связь, видеосвязь, связь типа межкомпьютерной передачи данных, а также связь компьютер–ЦОД).

Характер платформы 5G означает, что в ее рамках возможно использование различных технологий памяти, а не только DDR3 и DDR4. Также рассматриваются технологии LPDDR (DDR-память с низкой потребляемой мощностью) и GDDR (графическая DDR-память).


Hilson Gary. 5G Needs More Memory to Compute. EE Times, April 2, 2019: https://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1334512#


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Выпуск 22(6746) от 11 ноября 2021 г. г.
Выпуск 20(6744) от 14 октября 2021 г. г.
Выпуск 18(6742) от 16 сентября 2021 г. г.