电力/性能:7月18日

特设“缓存层次结构”
麻省理工学院和卡内基梅隆大学的研究人员设计了一个系统是重新分配缓存访问,创建新的“缓存层次结构”针对特定项目的需要。

被称为叠叠乐,系统的物理位置区分单独记忆银行构成共享缓存。对于每一个核心,叠叠乐知道需要多长时间从任何芯片级内存检索信息。

研究者们测试了他们的系统的仿真与36核心芯片。他们发现,其表现最好的前辈相比,系统处理速度增加了20%至30%,而能源消耗降低了30%到85%。

“你想的是把这些分布式物理内存资源和构建特定于应用程序的层次结构,最大化您的特定应用程序的性能,”丹尼尔·桑切斯说,助理教授在美国麻省理工学院的电气工程和计算机科学。

”,这取决于应用程序的许多事情。数据访问的大小是什么?它有层次重用,将受益于一个层次逐步更大的记忆?还是扫描通过一个数据结构,所以我们有一个会更好,但非常大的水平?多长时间访问数据吗?其性能将遭受怎样的如果我们让数据下降到主内存?有所有这些不同的权衡。”

36-tile叠叠乐系统运行的四个应用程序。积木,让每个应用程序定制虚拟缓存层次结构。(来源:Po-An蔡,内森•贝克曼,丹尼尔·桑切斯)

叠叠乐评估延迟和空间之间的权衡两层同时缓存,将二维latency-space曲线转化为一个三维表面。幸运的是,这表面是很光滑的:它可能波动,但它通常不会有突然狭窄的上升和下降。

这意味着表面采样点会给一个很好的的整个表面是什么样子。研究人员开发了一个抽样算法根据缓存分配的问题,系统地增加采样点之间的距离。

一旦它推导出表面的形状,积木,发现在它的路径最小化延迟。然后提取组件的路径由第一级缓存,这是一个二维曲线。在这一点上,执行空间分配,可以更新每100毫秒。

积木,还有一个数据放置程序DRAM缓存来减少瓶颈当多个核心检索数据。叠叠乐后想出了一组缓存任务,核心并不是简单地将所有的数据放到最近的可用内存。相反,叠叠乐包裹数据一次,然后在带宽消耗和延迟估计的影响。因此,即使在100毫秒间隔中缓存的仓位调整,叠叠乐调整优先级,每个核心给银行分配给它的内存。

自旋电子开关
查尔姆斯理工大学的研究人员演示了一个石墨烯自旋场效应晶体管的操作室温,一步整合自旋电子逻辑和内存设备。

自旋电子存储设备使用电子自旋的内在属性来存储信息。未来的设备,研究人员正在寻找方法来整合信息处理和存储在一个设备单元。

石墨烯能够传达和协调电子自旋在更远的距离和保持自旋的时间也要超过任何其他已知的材料在室温下。

“石墨烯在室温下自旋传输是一个很好的媒介,由于其较低的相对原子质量。然而,一个尚未解决的挑战是控制自旋电流在环境温度”副教授查尔莫斯Saroj破折号解释道。

石墨烯具有长距离传输旋转,并将它与另一个分层材料旋转持续时间相对减少,可以产生自旋场效应晶体管等设备。

“通过结合石墨烯,持续与二硫化钼纳米秒旋转,旋转只持续皮秒你可以控制的旋转可以通过使用一个栅电压——本质上您可以创建一个旋转开关。重要的是,我们在研究一个特定的材料混合使这个spin-switch在室温下工作,”说。

graphene-MoS2异质结构的示意图,允许从铁磁自旋注入石墨烯来源、扩散自旋传输graphene-MoS2异质结构的通道,自旋操控自旋的栅电压和检测信号由铁磁流失。(来源:自旋(电子邮件保护))

Dash有点犹豫打电话给设备一个自旋晶体管。“当研究者提出对未来自旋晶体管,他们经常想象一些基于半导体技术和所谓的相干电子自旋的操纵。我们所做的工作在一个完全不同的方式,但执行类似的任务切换。”

他并指出,然而,“它指向一个多功能的组件,可以处理数据存储和处理器-在一个单位工作。”

接下来,该团队将优化增加有效获得和晶体管的行动。

低功耗温度传感器
电气工程师开发了一个加州大学圣地亚哥温度传感器只运行在113皮瓦的电力功率- 628倍低于最先进的温度传感器,这消耗几十毫微瓦。团队设想传感器的可穿戴和物联网系统,只需要一个很小的电池或回收能力。

减少功率,研究人员专注于电流源和数显温度的转换。

研究人员建立了一个超低功率使用栅泄漏电流源晶体管,在微小的电流泄漏水平穿过大门。“许多研究人员正试图摆脱泄漏电流,但我们正在利用它建立一个超低功率电流源,”惠王说,在加州大学圣地亚哥分校电子工程博士生。

使用这些电流源,研究人员开发出一种少耗电数字化温度的方法。这个过程通常需要通过电流通过电阻——它的电阻随温度变化,然后测量得到的电压,然后将电压对应的温度使用一个模拟数字转换器。

相反,团队开发了一个创新的系统直接数字化温度和节约电能。他们的系统包含两个超低功率电流来源:一个指控电容器在固定的时间不管温度,和一个费用,在较低温度下随温度——慢,温度升高时快。

随着温度的变化,系统调整,以便与温度有关的电流源费用在相同的时间固定的电流源。内置数字反馈回路通过重新连接与温度有关的电流源使得车内外的充电时间的不同大小的电容器,电容器的大小成正比的实际温度。例如,当温度下降,随温度而变的电流源将充电慢,和反馈回路补偿切换到一个较小的电容器,它规定一个特定的数字读出。

温度传感器集成到一个小芯片测量0.15×0.15平方毫米的区域。(来源:大卫Baillot /加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院)

温度传感器集成到一个小芯片测量0.15×0.15平方毫米的区域。它运作在温度从- 20度到40 C,其性能是相当类似的先进的即使在near-zero-power,研究人员说。一个权衡是传感器的响应时间大约一温度每秒更新,这是略低于现有的温度传感器。然而,这种设备操作的响应时间是充分的人体,住宅和其他环境中温度波动不迅速,研究人员说。

前进,团队正在努力改善温度传感器的准确性。团队也是优化设计,以便它可以成功地融入商业设备。