在“内存墙”的困扰中寻找出路

摆脱““内存墙””围困的远景展望

更多的核心≠更高的性能：由于“内存墙”等问题对多核处理器性能提升形成的严重阻碍，AMD认为单纯依靠增加处理器核心的办法不可行，Intel也表示在现有发展环境下超过16核心不会明显提高性能。对于未来处理器性能的提升，Intel比较关注处理器浮点运算能力的增强，而AMD似乎更倾向于采用基于GPU的流处理技术。由此看来，在多核处理器的“内存墙”等问题还不能从根本上有所突破的情况下，将不大可能继续大幅度增加处理器的核心数量来提升处理性能，而需要另辟蹊径满足日益增长的对高性能计算的需求。

“将一切多重化”的思路：据报道，美国专家Joseph Ashwood设计了一种全新架构的存储系统，其大特点是能够实现并行存取，存取速度明显高于现在的串行存取方式存储器。由于这种新型存储系统与多核处理器的并行处理机制相适应，故而被称作“多核存储器”。虽然“多核存储器”目前只完成了书面设计，距离实际应用还有很远，但其思路却与一些研究人员提出的“将一切多重化”(Multi-Everything)的理论不谋而合，也许“多线程”、“多核处理器”、“多核内存”等技术的发展轨迹，就是解决“内存墙”问题的一种可能途径。

未来新一代存储技术的发展：开发基于全新架构和新型器件的存储器，从而缩小内存与处理器性能差距应该是解决“内存墙”问题的一种更有效的途径。例如正在发展的“相变存储器”(PCM)、“可编程金属单元存储器”(PMCM)、“磁性随机存取存储器(MRAM)、“铁电随机存取存储器”(FRAM)、“纳米管随机存取存储器”(NRAM)和“记忆电阻”(Memristor)等新型存储技术，其中一些非易失存储器已有望取代目前的闪存。而随着技术的进一步发展，某些新型的高速存储器将有可能终取代现在的DRAM内存。

各种全新计算机构架的研究：迄今为止的计算机系统架构都是基于冯·诺伊曼的“存储程序原理”，因此根本的解决办法或许是采用非“冯·诺伊曼”的全新计算机架构。例如“数据流机器”(DFM)、“人工神经网络”(ANN)等均摒弃了存储程序的原理，因而不再存在“内存墙”的问题。

总之，我们从计算机技术的发展历程中不难看出，科学家很早就意识到了“内存墙”问题。针对内存带宽和内存等待时间两大基本途径，前者的应对方法是采用提高内存总线位宽和传输倍率的技术；后者是采用多级缓存和预取、多线程和乱序执行等技术；而近期热门的内存与处理器集成技术更彻底地同时优化内存带宽和内存等待时间。不过，人们对更高性能计算的追求是没有止境的，在多核处理器性能越来越强的情况下，人们必须突破“内存墙”的重重阻碍，找到走向更高性能计算的通途。