Übersicht über Technologie und Nutzung von Caching in Computersystemen

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1 Fakultät Informatik, Institut für Angewandte Informatik, Professur für Technische Informationssysteme Übersicht über Technologie und Nutzung von Caching in Computersystemen WS 2010/2011 Referent: Steve Bastian Betreuer: Dr.-Ing. Gerhard Luhn

2 Inhalt Fakultät Informatik, Institut für Angewandte Informatik, Professur für Technische Informationssysteme 1. Motivation 2. Technologie und Einsatzgebiete 2.2. historisch 2.3. aktuell 2.4. zukünftig 3. Zusammenfassung Hauptseminar Technische Informationssysteme Folie 2 von 20

3 Motivation Was steht hinter dem Wort Cache? Was ist Caching? DRAM Englische Übersetzung: geheimes Lager Cache vom französischen cacher = verbergen Hauptseminar Technische Informationssysteme Folie 3 von 20

4 Inhalt Fakultät Informatik, Institut für Angewandte Informatik, Professur für Technische Informationssysteme 1. Motivation 2. Technologie und Einsatzgebiete 2.2. historisch 2.3. aktuell 2.4. zukünftig 3. Zusammenfassung Hauptseminar Technische Informationssysteme Folie 4 von 20

5 Von-Neumann DRAM Hauptseminar Technische Informationssysteme Folie 5 von 20

6 Inhalt Fakultät Informatik, Institut für Angewandte Informatik, Professur für Technische Informationssysteme 1. Motivation 2. Technologie und Einsatzgebiete 2.2. historisch 2.3. aktuell 2.4. zukünftig 3. Zusammenfassung Hauptseminar Technische Informationssysteme Folie 6 von 20

7 Einsatzgebiete: DRAM In integriert kleine Systeme sehr schnelle Speicher (z.b. Microcode) LowPower Design Hauptseminar Technische Informationssysteme Folie 7 von 20

8 DRAM Einsatzgebiete: DRAM als Hauptspeicher in PCs Cache in HDDs bzw. SSDs Cache in optischen Laufwerken Cache in TV-Recorder Hauptseminar Technische Informationssysteme Folie 8 von 20

9 Flash Einsatzgebiete: DRAM SSD schnelle Systemplatte in PCs Speicher in Mobilgeräten in Hybridfestplatten BSB SSD-Caching im Serversegement Hauptseminar Technische Informationssysteme Folie 9 von 20

10 IBIT = identitätsbasierte Informations-Transformation: Ziel: hochgradig energieeffiziente Informations- und Kommunikationstechnologie SSDs um Energieverbrauch der Datenspeicherung zu minimieren Informationsverarbeitung verbraucht deutlich weniger Energie Hauptseminar Technische Informationssysteme Folie 10 von 20

11 Betriebssystem DRAM Einsatzgebiete: Swapping Paging SSD Hintergrundspeicher Betriebssystem Applikationen Hauptseminar Technische Informationssysteme Folie 11 von 20

12 Softwarecache DRAM SSD Betriebssystem Einsatzgebiete: Browsercache Webanwendungen BSB Meist als temporäre Dateien auf der Festplatte abgelegt Applikationen Internet Hauptseminar Technische Informationssysteme Folie 12 von 20

13 Inhalt Fakultät Informatik, Institut für Angewandte Informatik, Professur für Technische Informationssysteme 1. Motivation 2. Technologie und Einsatzgebiete 2.2. historisch 2.3. aktuell 2.4. zukünftig 3. Zusammenfassung Hauptseminar Technische Informationssysteme Folie 13 von 20

14 Phase-Change-Memory Phase Change Memory (PCM): Top-Elektrode Phasenwechselmaterial Heizer Bottom-Elektrode programmierbarer Bereich amorphe und kristalline Strukturen RESET-Zustand: amorph SET-Zustand: kristallin Zustandswechsel durch Hitze Auslesen des Zustandes über elektrischen Widerstand Hauptseminar Technische Informationssysteme Folie 14 von 20

15 Phase-Change-Memory DRAM PCM SSD Betriebssystem Applikationen Internet Vorteile: Phasenwechsel sehr schnell und beliebig wiederholbar Ersatz für, DRAM, Flash Materialien und Prozesse weitgehend in eine CMOS-Fertigung integrierbar Eignet sich für Fertigung von Speicherbausteinen und eingebetteten Speicher Hauptseminar Technische Informationssysteme Folie 15 von 20

16 Inhalt Fakultät Informatik, Institut für Angewandte Informatik, Professur für Technische Informationssysteme 1. Motivation 2. Technologie und Einsatzgebiete 2.2. historisch 2.3. aktuell 2.4. zukünftig 3. Zusammenfassung Hauptseminar Technische Informationssysteme Folie 16 von 20

17 Zusammenfassung DRAM SSD Cache ist mehr als nur Verbindung zwischen und Hauptspeicher. Caching heißt, eine Brücke zwischen zwei unterschiedlichen Technologien zu schlagen. Betriebssystem Applikationen Internet Hauptseminar Technische Informationssysteme Folie 17 von 20

18 Fakultät Informatik, Institut für Angewandte Informatik, Professur für Technische Informationssysteme WS 2010/2011 Referent: Steve Bastian Betreuer: Dr.-Ing. Gerhard Luhn

19 Kapazität Zugriffszeit Zusatzfolie Zugriffszeit Kapazität schnell 3 Takte/ns Hexacore DRAM <1ns <10ns L1: je Kern KB L2: je Kern 256 KB; L3: 12 MB mehrere GB SSD Betriebssystem Applikationen <1ms <10ms 64 GB GB 128 GB 3 TB groß Internet <1s unbegrenzt Hauptseminar Technische Informationssysteme Folie 19 von 20