RAM: la temperatura di lavoro rappresenta il collo di bottiglia più importante

La memoria RAM è uno dei componenti più importanti di qualunque sistema ma com’è noto vi è una marcata disparità tra la sua velocità quella del processore.
In un altro articolo abbiamo visto come scegliere la memoria RAM e quando estenderla.

Rispetto al processore la RAM introduce un importante collo di bottiglia che viene in parte gestito utilizzando la cache, utile appunto per ridurre il numero di accessi al contenuto della memoria primaria.

Perché non vengono create memorie più veloci? Le RAM hanno fatto registrare una continua evoluzione: si pensi al recente supporto per le memorie DDR5 introdotto nelle schede madri per PC notebook e desktop oppure alle LPDDR5X utilizzate sui dispositivi mobili più performanti. Nell’articolo in cui spieghiamo quanta RAM deve avere uno smartphone abbiamo parlato degli aspetti tecnologici legati alla tipologia di RAM utilizzata.

Una crescita prestazionale quindi c’è ma va tenuto presente che per creare RAM più veloci è necessario aumentare frequenza di clock e tensioni. Si tratta di modifiche che aumentano i consumi energetici perché non esiste un materiale in grado di garantire un’efficienza pari al 100% e una trasmissione dei segnali elettrici senza l’introduzione di distorsioni. Creare memorie RAM più performanti implica come conseguenza l’aumento del calore che viene prodotto durante il loro funzionamento. La temperatura di lavoro, quindi, diventa un aspetto fondamentale che va ad impattare sulle memorie RAM maggiormente prestazionali.

Esistono molti tipi di RAM sul mercato, sia per coadiuvare il funzionamento del processore che della scheda grafica. In generale abbiamo comunque a che fare con due tipi di celle di memoria.
La SRAM viene utilizzata all’interno dei processori e, quindi, per i registri e la cache; la DRAM è usata per diversi tipi di memoria esterna rispetto al processore (DDR, LPDDR, HBM, GDDR e così via). Tutte le memorie immagazzinano ogni singolo bit usando la stessa struttura composta da un transistor e un condensatore.

Il problema è che aumentando la temperatura è più probabile che la struttura perda la carica elettrica e con essa le informazioni immagazzinate.
Il limite di temperatura della RAM è di 85 °C come regola generale e alcuni moduli sono progettati per funzionare a velocità inferiori così da non surriscaldarsi troppo.
Poiché la DRAM richiede aggiornamenti costanti, se la temperatura della RAM aumenta gli aggiornamenti devono essere più frequenti. Un’operazione che genera la produzione di ancora più calore.
A titolo di curiosità, è interessante sapere che il 5% dei circuiti che compongono un modulo RAM non viene utilizzato per archiviare o trasmettere dati bensì per prevenire la perdita di dati.

La SRAM non ha bisogno di essere aggiornata ma poiché ha bisogno di più transistor per bit non può fornire la stessa capacità di archiviazione della memoria DRAM.
È esattamente questo è il motivo per cui non vediamo la SRAM come RAM di sistema e non usiamo le memorie DRAM ad alta velocità come cache. Queste ultime non sarebbero in grado di tenere testa alla velocità del processore rappresentando un collo di bottiglia.
Inoltre, il motivo per cui AMD ha scelto che la sua V-Cache sia di tipo SRAM e non DRAM risiede proprio nel problema legato alla temperatura .

Spostando il discorso sul piano dei costi, 2 GB di memoria SRAM costerebbero come circa 8 GB di DRAM e in forza della scarsa ottimizzazione delle applicazioni le interfacce di comunicazione farebbero addirittura registrare consumi energetici più elevati.

Quale sarà la risposta futura dei produttori? Innanzi tutto va detto che la RAM non ha beneficiato degli incrementi energetici che si sono fatti registrare negli ultimi anni e che solo da poco si stanno cercando di ridurre nell’ottica del risparmio energetico.
Una volta che verrà preso come punto di riferimento lo standard CXL è probabile che vedremo moduli di memoria non sotto forma di moduli DIMM ma come interfacce PCI Express e di conseguenza come schede con il loro sistema di dissipazione del calore, anche attivo.

In ogni caso dinanzi ai produttori si pone una grande sfida: le temperature di lavoro della RAM non sono un problema solo in termini di velocità ma anche quando si tratta di memorizzare i dati. Man mano che la distanza tra i transistor diminuisce, infatti, aumentano le problematiche di tipo termico. Per questo i balzi in avanti in termini di capacità dei moduli RAM non sono più quelli di alcuni anni fa.