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通过理解和利用DRAM定时参数裕度来提高DRAM性能、安全性和可靠性

描述了许多现代商品DRAM设备的特点,并表明通过在制造商推荐的DRAM定时规格内利用DRAM访问定时裕度,我们可以显著提高系统性能,降低功耗,并提高设备可靠性和安全性

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文摘:

“对真实DRAM设备的表征使我们能够发现DRAM设备的属性,这导致了通过减少DRAM访问延迟和功耗来显著提高整体系统性能的建议。除了提高系统性能,通过表征更深入地了解DRAM技术还可以提高设备的可靠性和安全性。这些可以从最近的发现中看到:1)基于DRAM的真随机数生成器(trng),一种使用DRAM设备生成真随机数的方法,可用于许多应用程序;2)基于DRAM的物理不可克隆函数(puf),一种生成用于识别和身份验证的唯一设备依赖密钥的方法;3)RowHammer漏洞,一种重复访问DRAM行可能导致未访问的相邻DRAM行失败的现象。

为了推进基于DRAM的发现和机制,本文严格地描述了许多现代商品DRAM设备,并表明通过在制造商推荐的DRAM定时规格内利用DRAM访问定时裕度,我们可以显著提高系统性能,降低功耗,并提高设备可靠性和安全性。首先,我们描述了DRAM定时参数裕度,并发现由于DRAM单元工艺制造的变化,DRAM的某些区域可以比其他区域更快地访问。我们通过根据被访问的DRAM单元启用可变访问时间来利用这一点,这不仅提高了整体系统性能,而且还降低了功耗。其次,我们发现,当我们访问DRAM时,定时参数降低到规范值以下,我们可以通过故障位置唯一地识别DRAM设备。由于我们在DRAM访问中诱发了这些故障,因此我们可以比以前的工作更快地生成这些唯一标识符。第三,我们提出了一种随机数生成器,它是基于我们的观察,即某些DRAM单元的定时故障是随机诱导的,因此可以重复轮询以非常快速地生成真实的随机值。最后,我们在各种现代DRAM芯片上描述了RowHammer安全漏洞,同时违反了DRAM刷新要求,以便在不受刷新命令干扰的情况下直接描述底层DRAM技术。我们通过对真实芯片的描述证明,现有的RowHammer缓解机制要么不可扩展,要么在预计的未来设备中遭受过大的性能开销,研究更有效的RowHammer解决方案至关重要。总的来说,我们的研究建立了对现代DRAM设备的新理解,同时提高计算系统的性能、可靠性和安全性。”

找到技术文件链接.作者:Jeremie Kim, 8/20, arXiv 9/21。

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