Sujet: Mémoire non volatile dans la mémoire cache

[alex]

Imaginer pouvoir un jour allumer votre ordinateur et être directement sous Windows ou Linux là où vous l'avez éteint, enfin juste le temps de faire un reset (quelques ns)!
Ceci ne peut être possible que si vous avez des mémoires non volatile sur le cache.
Non volatile, veut dire ne s'efface pas lors de la coupure de courant. Dans cette famille de mémoire, on retrouve principalement 3 grandes familles: les ROMs, les mémoires Flash et les RAMs non volatile.

A ma connaissance seul 2 technologies de RAM non volatile sont disponibles:
-Les mémoires FRAM basée sur le principe piezoélectrique qui va faire déplacer un atome métalique.
-Les mémoires MRAM, basée sur la technologie spintronique ("mouvement" des électrons autour du noyau de l'atome) qui est sensible à la tension induite. La comparaison entre ce sens et un sens de référence donnera une résistance plus ou moins importante et que l'on comparera au niveaux logique '1' ou '0'.

Enfin, après des années où l'idée à été émise, c'est TOSHIBA qui se lance:
http://www.mram-info.com/toshiba-designed-stt-mramsram-hybrid-cache-ultra-low-power-processors

[radeon4ever]

Imaginer pouvoir un jour allumer votre ordinateur et être directement sous Windows ou Linux là où vous l'avez éteint, enfin juste le temps de faire un reset (quelques ns)!
Ceci ne peut être possible que si vous avez des mémoires non volatile sur le cache.
Non volatile, veut dire ne s'efface pas lors de la coupure de courant. Dans cette famille de mémoire, on retrouve principalement 3 grandes familles: les ROMs, les mémoires Flash et les RAMs non volatile.

A ma connaissance seul 2 technologies de RAM non volatile sont disponibles:
-Les mémoires FRAM basée sur le principe piezoélectrique qui va faire déplacer un atome métalique.
-Les mémoires MRAM, basée sur la technologie spintronique ("mouvement" des électrons autour du noyau de l'atome) qui est sensible à la tension induite. La comparaison entre ce sens et un sens de référence donnera une résistance plus ou moins importante et que l'on comparera au niveaux logique '1' ou '0'.

Enfin, après des années où l'idée à été émise, c'est TOSHIBA qui se lance:
http://www.mram-info.com/toshiba-designed-stt-mramsram-hybrid-cache-ultra-low-power-processors

une autre solution consiste à avoir des machines virtuelles (pour de la bureautique seulement) déja pré lancées et qui sont disponibles de suite à moindre frais

[alex]

Sauf que tu ne peux pas accédé immédiatement à tes machines virtuelles sans que ton Pc ait booté sur un OS (selon moi, je ne suis pas informaticien!).
Le but est de dire comme me la fait souligné Flo (i.e. Il faut que la RAM soit aussi une RAM non volatile pour stocker l'OS) et là vous n'aurez même pas relâché le bouton power que vous serez déjà là où vous vous etes arrêtez la dernière fois!
Même avec un petit prix fonctionnant à 100MHz et une mémoire de travail en MRAM, j'ai été impressionner de voir la vitesse à laquelle il s'est mis en route (j'avais mon Pc et ma cache en flash) et j'ai vraiment repris là ou je me suis arrêtées dans mon appli. J'appellerai ça du "work when power up"
Je sais qu'il y a d'autre travaux de recherche qui visent à intégrer ces points mémoires jusque dans le pipeline!
J'avoue que pour l'instant ce procédé n'est pas totalement maitrisé.
Mais étant donner que ces mémoires sont basés sur un phénomène physique et non électrique, on peut descendre en taille (en théorie) jusqu'à 2 atomes (1 à spin variable et 1 de référence).

[radeon4ever]

ca dépend, si ca tu mets ta machine virtuelle sur un stockage de type SSD caching et que tu mets un mini OS type celui d'Asus dans leur bios pour booter directement sur la VM c'est plutot pas mal

[MicroDark]

ca dépend, si ca tu mets ta machine virtuelle sur un stockage de type SSD caching et que tu mets un mini OS type celui d'Asus dans leur bios pour booter directement sur la VM c'est plutot pas mal

C'est pas vraiment un os dans le bios c'est le fameux Intel UEFI qui va remplacer le bios définitivement.

[radeon4ever]

ca dépend, si ca tu mets ta machine virtuelle sur un stockage de type SSD caching et que tu mets un mini OS type celui d'Asus dans leur bios pour booter directement sur la VM c'est plutot pas mal

C'est pas vraiment un os dans le bios c'est le fameux Intel UEFI qui va remplacer le bios définitivement.

non non Asus a réellement intégré un linux hyper léger pour aller sur le net sans démarrer Windows

[alex]

ca dépend, si ca tu mets ta machine virtuelle sur un stockage de type SSD caching et que tu mets un mini OS type celui d'Asus dans leur bios pour booter directement sur la VM c'est plutot pas mal

C'est pas vraiment un os dans le bios c'est le fameux Intel UEFI qui va remplacer le bios définitivement.

non non Asus a réellement intégré un linux hyper léger pour aller sur le net sans démarrer Windows

OK ce soir j'essaie de booter sur mon µOS ASUS et je vais voir combien de temps je vais mettre mais à mon avis au moins 1 à 2 sec minimum!
Seulement si le processeur avec cache MRAM est bien fait alors au bout de quelques cycles d'horloge, les premières données entreraient dans le pipeline! Je souhaite juste rappeler que ce temps est non compressible (dépend de la conception processeur bien sur) et apparait pour tous les processeurs!
Voilà, maintenant si 1 à 2 sec est mieux que quelques cycles d'horloges de FSB ben moi je ne comprends plus rien...   

[radeon4ever]

ca dépend, si ca tu mets ta machine virtuelle sur un stockage de type SSD caching et que tu mets un mini OS type celui d'Asus dans leur bios pour booter directement sur la VM c'est plutot pas mal

C'est pas vraiment un os dans le bios c'est le fameux Intel UEFI qui va remplacer le bios définitivement.

non non Asus a réellement intégré un linux hyper léger pour aller sur le net sans démarrer Windows

OK ce soir j'essaie de booter sur mon µOS ASUS et je vais voir combien de temps je vais mettre mais à mon avis au moins 1 à 2 sec minimum!
Seulement si le processeur avec cache MRAM est bien fait alors au bout de quelques cycles d'horloge, les premières données entreraient dans le pipeline! Je souhaite juste rappeler que ce temps est non compressible (dépend de la conception processeur bien sur) et apparait pour tous les processeurs!
Voilà, maintenant si 1 à 2 sec est mieux que quelques cycles d'horloges de FSB ben moi je ne comprends plus rien...   

non je ne dis pas que c'est mieux, juste que c'est toujours mieux qu'un système de stockage classique

[alex]

Je n'ai pas eu le temps de tester le µOS asus hier soir, mais 1 à 2 sec, c'est peut être optimiste de ma part même avec mon core i7...
Machine virtuel ou non, tu es dépendant de la technologie de ton système système de stockage. Les disques mécanique c'est lent, les disques SSD sont basés sur une techno flash donc ton nombre d'écriture est limité ce qui fait que tu travailles par bloc. L'écriture d'un bloc est très lente par rapport à une RAM dynamique mais beaucoup moins couteuse en surface et est non volatile (10 ans pour une flash et quasi infini pour une MRAM).
Les MRAMs combine les 2 avantages, non volatilité et rapidité et sont insensibles aux erreurs transitoires (SEU,SEL) généré par des perturbations internes et ou externe du composant. La limitation du nombre d'écriture (uniquement sur le point mémoire) n'apparait pas car tu ne joues pas sur les principes électrique des transistors. Seul problème, il faut éviter les champs magnétique pour éviter de modifier le sens magnétique de référence car ca modifiera la valeur de la donnée stockée.

[Goten]

D'un autre côté, le suspend ça marche pas mal (dépend des OS) et ça consomme allez, "un peu plus" que de l'hibernate.

[flo]

D'un autre côté, le suspend ça marche pas mal (dépend des OS) et ça consomme allez, "un peu plus" que de l'hibernate.

Toujours pareil, quand on en sera à des mémoires de plus en plus complexes et lourdes, on sera bien content d'avoir ces mémoires. L'application principale de cette mémoire sera je pense les disques durs si elle devient fiable. Quand à l'intérêt en remplaçant d'une RAM pourquoi pas si c'est fiable aussi. 
@R4E : les VMs c'est mais sur le moyen et long terme ça ne tient pas la route : c'est lent et peu fiable surtout quand tu atteinds la limite de traitement dans le pool du manager de VMs. Ça ne répond pas au besoin dans le cadre de gros SI multiserveurs. 

Idem : le cloud c'est bien (quoique...) mais peu fiable aussi à cause de possible pertes de signal. 
C'est le meilleur moyen je pense de contrôler ce que font les gens en créant un faux besoin

[alex]

D'un autre côté, le suspend ça marche pas mal (dépend des OS) et ça consomme allez, "un peu plus" que de l'hibernate.

Dur à dire, il faut voir ce que ces modes de l'os provoque à l'état du processeur. Généralement on a 2 modes sleep et deep  qui correspondrait à ce que tu me dis.
Dans le premier cas, les données reste dans le cache et juste le pipeline et les accès mémoires sont déconnecté ce qui doit représenter 80% de la conso.
Dans le second, les données ne sont plus maintenu dans la cache. Mais le réveil est alors beaucoup plus long.
J'ai vu qu'il y a des microcontroleur qui ont un mode ultra deep sleep, je pense qu'il doive jouer sur la quantité de logique nécessaire pour réveiller le core.

[Goten]

D'un autre côté, le suspend ça marche pas mal (dépend des OS) et ça consomme allez, "un peu plus" que de l'hibernate.

Dur à dire, il faut voir ce que ces modes de l'os provoque à l'état du processeur. Généralement on a 2 modes sleep et deep  qui correspondrait à ce que tu me dis.
Dans le premier cas, les données reste dans le cache et juste le pipeline et les accès mémoires sont déconnecté ce qui doit représenter 80% de la conso.
Dans le second, les données ne sont plus maintenu dans la cache. Mais le réveil est alors beaucoup plus long.
J'ai vu qu'il y a des microcontroleur qui ont un mode ultra deep sleep, je pense qu'il doive jouer sur la quantité de logique nécessaire pour réveiller le core.

C'est "simple" (la version banalisée est simple, l'implémentation est beaucoup plus relou à cause des variations au niveau du respect de la norme ACPI entre autre) y'a deux états, suspend et hibernate. le premier tout est en ram et y'a donc encore du jus dans la machine (le vital du vital je reviens dessus plus loin), le deuxième tout est déchargé sur le disque et la machine arrété (et là oui le redémarrage est long) ce qui correspond à ce dont tu parlais avec sleep / deep

Dans le premier cas l'énergie  demandée est très faible, le cpu est en acpi state S3. Histoire de donner un ordre d'idée (en assumant un système à base d'acpi toujours) sur le resume le processeur doit "juste" exécuter un code trampoline acpi (qui tourne en real-mode). Ce qui peut rester activer (ie consommé) c'est genre une carte ethernet (pour le WoL) et l'usb très certainement (reprise au clavier).

Par exemple, le support du suspend on ram des mac est assez impressionnant. La capacité des mac user à fermé/réouvrir leur laptop et avoir tout prêt dans le laps de temps qu'il faut pour ouvrir l'écran est assez impressionnant.

[flo]

C'est "simple" (la version banalisée est simple, l'implémentation est beaucoup plus relou à cause des variations au niveau du respect de la norme ACPI entre autre) y'a deux états, suspend et hibernate. le premier tout est en ram et y'a donc encore du jus dans la machine (le vital du vital je reviens dessus plus loin), le deuxième tout est déchargé sur le disque et la machine arrété (et là oui le redémarrage est long) ce qui correspond à ce dont tu parlais avec sleep / deep

Dans le premier cas l'énergie  demandée est très faible, le cpu est en acpi state S3. Histoire de donner un ordre d'idée (en assumant un système à base d'acpi toujours) sur le resume le processeur doit "juste" exécuter un code trampoline acpi (qui tourne en real-mode). Ce qui peut rester activer (ie consommé) c'est genre une carte ethernet (pour le WoL) et l'usb très certainement (reprise au clavier).

Par exemple, le support du suspend on ram des mac est assez impressionnant. La capacité des mac user à fermé/réouvrir leur laptop et avoir tout prêt dans le laps de temps qu'il faut pour ouvrir l'écran est assez impressionnant.

Ne vous écartez pas du sujet!
Goten, la différence entre ce que tu expliques et ce qu'Alex explique est mince. C'est juste une question de choix de la RAM. En effet, le mode ACPI dont tu parles stocke en RAM les processus, c'est une des particularités (et un impératif pour que ca marche) que j'ai expliqué l'autre jour à Alex. En clair, votre seule différence de point de vue est le choix de la RAM. Alex explique que les MRAM sont des mémoires "mortes" ultra rapide donc pas besoin de maintenir une alimentation constante de la RAM qu'on soit en veille (PC éteint) ou en activité (sou windows), en plus d'un gain de perf énorme en activité comparé à la DDR actuelle. Mais cela ne veut pas dire que les modes ACPI ne seront pas compatible avec les MRAM, il ne faut pas confondre fonctions (les modes ACPI) et moyens techniques (le type RAM).

Dans tous les cas, une chose est sûre et c'est bien de le souligner Goten, pour rallumer un PC à partir du clavier, il faudra bien que l'USB ou PS2 soit alimenté et que le CPU soit aussi en parti alimenté pour exécuter un ou plusieurs programmes d'interruption, et ce, quelque soit le type de RAM. C'est malheureusement pas magique!

[Goten]

Non au contraire tel que je le vois la différence est plus importante qu'un choix de matériel. Si la RAM est non volatile alors on se retrouve avec un fonctionnement identique à du hibernate (ie "tout" est stoppé) qui à l'heure actuelle est réalisé sur le DD, et dans le principe de fonctionnement c'est quand même différent (et encore un peu plus compliqué à mettre en place).



ps : désolé pour le HS, mais je ne le considérais justement pas comme hors sujet, étant donné que je proposais une alternative viable (et disponible aujourd'hui) à ce que proposais Alex. (la digression est intervenue quand j'ai clarifiais le flou autour de suspend/hibernate).

[alex]

 Moi non plus je ne considérais pas que c'était un hors sujet...
Je n'ai pas compris tout ce que tu as dis goten, qu'est ce que acpi?
Cependant les modes que tu décris me semble logique.
En fait le point que je voulais souligner était d'avoir un système où les modes de veille n'existe plus car semblable au mode éteint. Que le mode éteint permettait en quelques cycle machine de retrouver l'état précédent avant d'éteindre l'ordinateur ceci sans sauvegarder ses processus en RAM et que la RAM soit non volatile elle aussi! Qu'en cas de coupure d'alimentation ou plus de batterie sur l'ordi portable tu ne perdes aucunes données! Enfin quasiment pas car il faudrait mettre des mémoires non volatile jusque dans le pipeline ou demander au contrôleur mémoire de ne pas effacer l'info dans le cache tant que l'info n'a pas été traitée....

Attention Flo, je t'avais dit que les perfs des MRAMs sont moins importante que les SRAM ou DDR actuelle (35ns pour l'écriture et 10ns pour la lecture). Elles sont limitées mais s'amélioreront avec le temps.

[Goten]

Moi non plus je ne considérais pas que c'était un hors sujet...
Je n'ai pas compris tout ce que tu as dis goten, qu'est ce que acpi?
Cependant les modes que tu décris me semble logique.
En fait le point que je voulais souligner était d'avoir un système où les modes de veille n'existe plus car semblable au mode éteint. Que le mode éteint permettait en quelques cycle machine de retrouver l'état précédent avant d'éteindre l'ordinateur ceci sans sauvegarder ses processus en RAM et que la RAM soit non volatile elle aussi! Qu'en cas de coupure d'alimentation ou plus de batterie sur l'ordi portable tu ne perdes aucunes données! Enfin quasiment pas car il faudrait mettre des mémoires non volatile jusque dans le pipeline ou demander au contrôleur mémoire de ne pas effacer l'info dans le cache tant que l'info n'a pas été traitée....

Attention Flo, je t'avais dit que les perfs des MRAMs sont moins importante que les SRAM ou DDR actuelle (35ns pour l'écriture et 10ns pour la lecture). Elles sont limitées mais s'amélioreront avec le temps.

ACPI est une norme pour la configuration et la gestion de l'énergie dans les PC. En gros à l'époque y'avait APM (tu connais peut être), avec APM toute la gestion de l'énergie était faite par le bios. Avec l'ACPI on a une norme et toute la gestion de l'énergie (ou presque) est délégué aux OS. Mais c'est pas tout l'ACPI véhicule beaucoup d'informations, contrairement àce que croit les gens ça se limite pas à la gestion de l'énergie.

[flo]

Avec vos nouvelles informations je maintiens ce que j'ai dis plus haut : la seule différence est le choix de stockage.
Goten : c'est quoi qui te bloque sur le concept hibernate si celui ci n'est pas sur DD mais dans la RAM ou le cache du CPU ?

[Goten]

Rien ne me bloque. C'est juste qu'il me semblait que tu suggérais du suspend en MRAM, ce qui serait bête (on le fait déjà en RAM quel intérêt?). Ce que je disais c'est que c'est du hibernate en MRAM qu'il faut faire. (ie on remplace le DD par de la ram non volatile.)

[flo]

Rien ne me bloque. C'est juste qu'il me semblait que tu suggérais du suspend en MRAM, ce qui serait bête (on le fait déjà en RAM quel intérêt?). Ce que je disais c'est que c'est du hibernate en MRAM qu'il faut faire. (ie on remplace le DD par de la ram non volatile.)

On est d'accord! Mais le truc c'est que le suspend pourrait aussi marcher (seule diff : pas besoin de maintenir la mémoire alimentée)

[alex]

J'ai du mal m'exprimer... Aucun rapport avec les modes veilles, ou si leur remplacement.
Je vais essayer de m'exprimer clairement. Le but de cette innovation est de rendre le processeur opérationnel à sa mise sous tension et qu'il reprenne le travail là où il l'a laissé.
Dans ce cas il suffit juste que la tension soit coupée pour "figer" les états mémoires sans, comme actuellement terminer les processus ou les mettre en RAM ou sur le hdd, et ainsi pouvoir les réutiliser lors de la mise sous tension. Ce qui provoque un gain de temps concidérable au démarage et à l'arrêt de la machine, puiqu'il suffit juste de couper la tension.
Dans ce cas, les modes veilles ne servent plus à rien....

[Goten]

Ah? Mais ça veut dire avoir de la MRAM aussi rapide que de la ram et que le cache... C'est pas un peu utopique? (on sort totalement de mon domaine là...)

Moi je voyais plus ça comme, on garde notre mode hibernate et au lieu d'écrire dnas le DD on écrit dans une MRAM.

[alex]

En fait, oui c'est utopique de penser que pour l'instant nous pouvons faire des grosses mémoires MRAM!
Mais d'autre type de mémoire non volatile (NVM) sont prometteuses, comme les memristors (grande densité d'intégration). Je téléchargerai demain des publications pour savoir s'il y a d'autre type de mémoire, ou connaitre si une évolution des MRAMs est possible.

[flo]

C'est bien ce qu'il me semblait que vous ne vous êtes pas compris. C'est pour ca que je campais sur mes positions.
En fait, vous avez tous les 2 raisons sauf que vous ne parlez pas du même domaine d'application. Alex tu réfléchi théorique et couches basses électroniques et Goten tu réfléchi mode d'application en bas niveau informatique. Aujourd'hui vu le nombre de couches qui existe (du pur hardware au pur software), pas étonnant que vous ne vous compreniez pas.
Alex : Le stockage de quelques Go dans le cache CPU, je n'y crois pas trop. Les caches doivent être le plus atomique possible pour les accès soient les plus rapides possibles et ce quelque soit la technologie de mémoire utilisée. C'est pour ca qu'on a 3 niveaux (couches) de caches dans un CPU aujourd'hui. Si ca resterait dans le cache ca se partagera certainement sur plusieurs niveaux de cache après les 3 niveaux existants. Cependant, une chose qui n'a jamais été expérimenté est le temps d'accès à un cache de niveau 6 ou 7.
D'autre part, les modes ACPI sont des normes basées sur ce qui se fait en électronique un niveau plus haut (couche plus haute). Tu peux être sur que si cette technologie vient à sortir, alors un nouveau mode d'application (complètement fonctionnel) sortira et ainsi un nouveau mode ACPI sortira aussi (pourquoi réinventer la roue alors que ca s'intègre complètement ?).

Goten: Comme l'a souligné Alex l'objectif est de stocker l'état. Donc en mode ACPI on serait plus proche d'un mode suspend mais qui ne garde pas forcément la mémoire RAM sous tension si la MRAM vient remplacer la RAM.

Dans tous les cas, une chose dont je suis très fier et je tiens à vous en féliciter, c'est votre participation à ce type d'échange. Je trouve ca super de pouvoir partager son expérience sur des techniques aussi pointues.

[alex]

De rien Flo!
Après lecture de certaines publi, il semble que les mémoires de stockage résistive et plus électrique comme c'est le cas actuellement.
Dans ce type de mémoire on retrouve les MRAMs et les memristor ainsi que les FRAMs.
Les mémoires MRAMs ne sont pas protégés comme le memristor par HP (un grand merci à un chercheur de la fac d'Orsay ). Donc tout les fabricants peuvent librement l'utiliser.
La plupart de mes collègues pensent que nous sommes à la naissance de la MRAM et que la recherche permettra de la rendre aussi rapide voir plus (selon l'expert de mon labo) que la DDR.