Các chip nhớ ngày càng trở nên nhanh hơn, mạnh hơn và rẻ hơn, đây là những kiểu RAM mới mà bạn cần biết ứng dụng thích hợp của mỗi loại, và bạn sẽ chọn thứ nào cho máy PC sắp tới của mình.

    Một điều đơn giản là trước đây, bạn luôn mong muốn có nhiều bộ nhớ hơn nữa cho máy tính, và bạn chỉ phải quan tâm đến một loại: DRAM (Dynamic RAM). Sự khác biệt quan trọng là dung lượng của mỗi chip. Trong khi những máy PC đầu tiên của IBM xuất hiện vào năm 1981 chỉ sử dụng những chip 16Kb thì hiện nay là 16Mb. Dung lượng đến 1Gb đã được công bố, tuy nhiên phải vài năm nữa, chip loại này mới được đưa ra.

    Hiện nay, có nhiều công nghệ bộ nhớ khác nhau đến nổi bạn không thể nói về chúng nếu không được cập nhật thông tin đầy đủ. Bài viết này giới thiệu 17 loại chip nhớ mới, kể cả những sự khác biệt không lớn lắm như: có sẵn cache, đồng bộ hóa, xử lý đồ họa chuyên dụng, ALU trên chip (Arithmetic-logic Unit - bộ số học logic) và nhiều đặc tính khác. Bổ sung vào đó là những hình thức đóng vỏ mới, và bạn khó mà nhận biết được cái nào là loại gì.

    Từ trước đến nay, người dùng PC vẫn tự đắc với khẩu hiệu: "Có RAM, bạn sẽ là kẻ thắng cuộc". Họ hiểu rất rõ vai trò của bộ nhớ trong hệ thống máy của mình.

    Tuy nhiên hiện nay, lĩnh vực bộ nhớ máy tính đã bị phân chia khi các nhà sản xuất RAM đưa ra hàng loạt các phương pháp nhằm tăng nhanh tốc độ của chip nhớ. Một số thử nghiệm bao gồm cả bộ nhớ cache trên bo mạch, hay giao tiếp CPU-to-RAM đặc biệt, và thậm chí cả việc tự xử lý trực tiếp ngay trên các chip nhớ. Sắp tới, một hệ máy để bàn không chỉ đánh giá về dung lượng bộ nhớ trong máy mà còn cả về những tăng cường cấu trúc trong bộ nhớ.

    áp lực ở phía sau những thay đổi trên ngày càng tăng mạnh trong thập kỷ cuối này: tốc độ của các chip RAM không theo kịp tốc độ của CPU. Một khi nhà sản xuất chip tìm ra cách bổ sung nhiều hơn nữa số lượng transistor trên mỗi chip thì nhà kiến trúc CPU có thể dễ dàng tăng tốc độ bằng cách bổ sung thêm những đơn vị số học (ALU) trên mỗi chip. Tăng số lượng các đơn vị số học trên mỗi chip lên gấp đôi sẽ cho phép chip chạy nhanh lên gần như gấp hai lần. Tuy nhiên, với các chip RAM, số lượng transistor nhiều hơn trên mỗi chip chỉ đơn giản có nghĩa là chip có khả năng chứa được nhiều dữ liệu hơn, mà không thể tăng nhanh hơn được tốc độ truy xuất. Mặc dù đã có những loại chip nhanh nhất (SRAM - RAM tĩnh), nhưng chúng còn quá đắt và dung lượng thấp bởi cần phải có nhiều transistor hơn để lưu mỗi bít dữ liệu.

    Làm việc với tốc độ chậm của RAM, nhà thiết kế CPU phải bổ sung một lượng nhỏ RAM loại nhanh nhất và tạo ra những vùng nhớ riêng biệt có thể luân phiên nhau đảm trách dịch vụ cung cấp dữ liệu cho CPU. Những kỹ thuật này đang được hoàn thiện. Chip P6 của Intel bao gồm bộ nhớ cache thứ nhất và thứ hai ngay trên chip chính. Nhiều hệ thống cũng tăng cường kỹ thuật này bằng cách đặt thêm cache thứ ba giữa CPU và bộ nhớ chính. Tuy nhiên, ưu thế mà mỗi mức cache mới tạo ra là kích thước nhỏ hơn hẳn, cũng như ưu thế về tốc độ truy xuất phải bù lại bằng một điện tích bồ sung (Xem phần "Cache sẽ mất vai trò?").

    Vấn đề trên buộc các nhà thiết kế RAM phải lưu chuyển thông tin nhanh hơn nữa. Những thiết kế mới nhất kết hợp thêm một lượng nhỏ các mạch logic để tổ chức dòng dữ liệu ra khỏi chip. Những chip này - được biết với những tên gọi như FPM (Fast Page Mode), EDORAM (Extended Data Out RAM), hay RAM ở chế độ "burst mode" - (Burst Mode - chế độ truyền với tốc độ cao trong truyền thông và máy tính. Với những điều kiện nhất định, hệ thống truyền đi một lượng lớn dữ liệu với tốc độ cao - ND) cho phép dòng dữ liệu nhanh hơn khi dữ liệu được yêu cầu với thứ tự liên tục.

    Nhiều sự kiện hơn nữa nổi lên trong lĩnh vực đồ họa, nơi mà luôn có những phát kiến mới mẻ bởi đơn vị chuẩn ở đây là card (giao tiếp), chứ không phải SIMM (bộ nhớ SIMM). Ðiều này cho phép các nhà sản xuất card thử nghiệm, thực hiện nhiều công nghệ khác nhau và đưa ra những bo mạch làm việc với tất cả phần mềm. Những card này được thiết kế nhằm khai thác sử dụng FPM, EDORAM hay RAM Burst Mode. Hơn nữa, họ cũng nghiên cứu những công nghệ như RAM 3D của Mitsubishi Electronics và Samsung WRAM (Windows RAM), cả hai loại này đều bao gồm nhiều mạch điện tử trên RAM được thiết kế để tăng tốc độ các tác vụ video thông dụng.

    Các nhà thiết kế hệ thống đang bắt đầu khai thác nhiều loại bộ nhớ bất định (ROM, PROM, EPROM...). Flash memory là loại bộ nhớ có khả năng thay đổi, nó giữ nguyên được hiện trạng của mình cho tới lúc bị xóa đi bởi điện áp tương đối lớn. Ðược phát triển trước tiên bởi Intel, Flash RAM được sử dụng rộng rãi trong các card nhớ PC PCMCIA dùng cho máy tính xách tay. FRAM (Ferroelectric RAM - RAM sắt điện) là đối thủ mới nhất trong các loại bộ nhớ bất định, sử dụng sắt trong quá trình sản xuất, giống như bộ nhớ có lõi ferrite dùng trong các máy tính lớn trước đây. FRAM cũng giữ lại nội dung bộ nhớ sau khi ngắt nguồn nuôi. Cả hai loại bộ nhớ trên sẽ được sử dụng nhiều trong các máy có tính cơ động cao như PDA (Personal Digital Assisatants - Máy tính trợ giúp cá nhân).

    ở những lĩnh vực xa hơn thuộc khái niệm trí tuệ, các nhà thiết kế bộ nhớ đang thử nghiệm với loại bộ nhớ có thể thực hiện nhiều tính toán ngay trên chip (Xem phần "Bộ nhớ thông minh"). Ðiều này hứa hẹn một sự tăng nhanh tốc độ xử lý mà chỉ có thể thực hiện được trong hệ máy song song. Khả năng cài đặt trí tuệ ngay trên chip nhớ sẽ tiết kiệm được thời gian lưu chuyển dữ liệu đến và đi khỏi chip.

    Ngành công nghiệp bộ nhớ máy tính không thể nhanh chóng chuyển sang những phát kiến mới bởi số lượng chip được sản xuất ra rất lớn. Không một nhà sản xuất bộ nhớ nào có thể đưa ra những loại sản phẩm mới hay cải tiến nếu nhu cầu thực tế không rõ ràng, và nhu cầu cũng sẽ không đảm bảo nếu những cải tiến hệ thống chưa được thể hiện.

    Cho đến thời điểm này, công nghiệp máy tính đã bắt đầu chấp nhận EDORAM dùng cho bộ nhớ chính với quy mô lớn. Thực tế năm nay cho thấy đây là thời điểm mà EDORAM bắt đầu ngự trị trên thị trường.

    Công nghệ đằng sau EDORAM là sự mở rộng xu hướng đưa FPM RAM thành hình thức chuẩn của DRAM hiện có. Khi đọc một phần tử trong vùng DRAM (array), bạn đã nạp những dòng điện để chọn trước tiên một hàng và sau đó là một cột. Tuy nhiên, dòng điện không thể được ổn định ngay, và sự chậm trễ này chính là nguyên nhân làm cho RAM không được đọc ngay tức thời.

    FPM RAM chuyển dữ liệu nhanh hơn bởi nó đưa dữ liệu được yêu cầu tiếp theo vào cột bên cạnh dùng trên một hàng. Trong nhiều trường hợp xảy ra, không cần phải đợi do sự chậm trễ của hàng. Tuy nhiên, quá trình này làm cho hoạt động trở nên không ổn định nếu CPU đòi hỏi dữ liệu quá nhanh. Dòng điện không ổn định đủ lâu để CPU có thể đọc và trả lời. Ðiều này thường xảy ra với những CPU chạy nhanh hơn 33MHz.

    Ðể khắc phục vấn đề trên, EDORAM bổ sung những phần tử nhớ thứ hai tại đầu ra. Bộ nhớ bổ sung này lưu dữ liệu tại đầu ra, giữ cho chúng đủ lâu để tín hiệu có thể tới được CPU một cách đảm bảo. Loại chip này làm việc ổn định với bus hệ thống chạy tới 50MHz.

    Bạn có thể bổ sung thêm nhiều chip hơn nữa và cho phép EDORAM truyền dữ liệu ở những tốc độ cao hơn. Một phương pháp - được biết với tên gọi "burst" EDORAM - dự đoán rằng CPU sẽ cần đến 4 (ví dụ) địa chỉ tiếp theo và tự động nạp sẵn chúng. Kỹ thuật này có thể dễ dàng hổ trợ hệ thống chạy với tốc độ 66MHz một cách tin cậy.

    Tăng tốc

    Tuy nhiên, CPU ngày càng chạy nhanh hơn, và nó cũng đòi hỏi bộ nhớ nhanh hơn. Nhiều nhà sản xuất bộ nhớ đang nghiên cứu hai giải pháp: RAM đồng bộ, có nghĩa là CPU và RAM cùng hoạt động với một xung nhịp; và RAM cache, loại DRAM được bổ sung một lượng nhỏ SRAM tốc độ nhanh hoạt động như một cache đối với DRAM. Cả hai phương án đều tốt cho hệ thống chạy nhanh hơn 66MHz.

    Giải pháp đồng bộ là sự thay thế rõ ràng nhất cho những giao tiếp cũ giữa các chip. Thông thường, chip phải đáp ứng đúng yêu cầu. SDRAM (DRAM đồng bộ) hoạt động cùng xung nhịp như CPU, xét đoán trước yêu cầu của CPU và thực hiện theo từng bước. Một số thiết bị thậm chí còn có cấu trúc kiểu pipeline, cho phép thực hiện nhiều tác vụ cùng lúc, chẳng hạn vừa tìm địa chỉ, vừa chuẩn bị dữ liệu cho đầu ra. Nhiều người dự đoán rằng 1996 sẽ là năm của SDRAM bởi những CPU 66MHz và cao hơn khi đó sẽ trở nên thông dụng và cần đến SDRAM. Tuy vậy, vào thời điểm đó, SDRAM sẽ chỉ chiếm khoảng 20% so với 50% của DRAM. Hơn nữa, giá của các hệ thống này sẽ bao gồm luôn giá bổ sung của các loại chip logic khác cần thiết cho việc điều khiển SDRAM.

    Một cách khác để tăng tốc độ truy cập bộ nhớ là bổ sung cache ngay trên chip. Cách tiếp cận này, thường được gọi là CDRAM (Cached DRAM) hay EDRAM (Enhanced DRAM), mang lại hiệu quả cao bởi nó cho phép đặt cache SRAM trên cùng một chip như DRAM. CDRAM được sản xuất bởi Mitsubishi và Samsung, và EDRAM bởi Ramtron International. Trong cả hai trường hợp, chip có thể đáp ứng yêu cầu của CPU nhanh hơn nếu trong cache lưu trữ đúng thông tin cần thiết.

    Chip nhớ cũng đạt được tốc độ nhờ cache có khả năng lấy dữ liệu từ DRAM đến các khối nhớ lớn sử dụng bus nội. Ví dụ, CDRAM của Mitsubishi có đặc tính 16-Kb cache và đường truyền 128-bit cho cả hai loại chip 4 và 16Mb. Khi dữ liệu được yêu cầu, DRAM gửi khối dữ liệu 128-bit dến SRAM. Nếu địa chỉ kế tiếp đã có sẵn trong khối như thường xảy ra, chip đã sẵn sàng. Chọn đúng kích cỡ cho cache và bus vẫn còn là một kỹ xảo. Ramtron, chẳng hạn, sử dụng bus với độ rộng 2048-bit để nạp cho cache 8-Kb SRAM trong chip 4-Mb DRAM.

    Một số nhà thiết kế hệ thống tỏ ra hài lòng với bộ nhớ có cache. Nhà sản xuất các bo mạch 486 và Pentium Ocean Information System đã sử dụng EDRAM của Ramtron như bộ nhớ hệ thống chính. Cache trên các chip nhớ cho phép tất cả bộ nhớ hoạt động với tốc độ của cache. Ðiều này tạo ra sự khác biệt lớn khi CPU yêu cầu những thông tin không có sẵn trong cache L2 (Level 2). Có những nhận xét rằng "Pentium 100MHz sẽ chỉ chạy ở 8MHz nếu bỏ qua cache L2", hoặc "Ðó là tại sao một hệ 486 33MHz sử dụng EDRAM có thể chuyển đổi giữa các tác vụ nhanh hơn Petium 100MHz sử dụng DRAM chuẩn".

    Một khi EDORAM và các sản phẩm nhanh hơn khác bắt đầu tràn ra thị trường, chúng sẽ có hình thức của SIMM 72 chân - cấu hình chuẩn thông dụng cho các máy PC hiện nay - mặc dù đây có thể chưa phải là giải pháp tốt nhất về lâu dài. Các nhà sản xuất RAM đang đầu tư vào những cách sắp xếp (packaging) nhanh và nhiều hơn, bao gồm cả việc cắm trực tiếp, cán mỏng,... và tiếp tục thử nghiệm với nhiều kiểu đóng vỏ cho phép nâng cao tính ổn định tăng tốc độ bus. Chẳng hạn như SDRAM đòi hỏi CPU và RAM phải hoạt động cùng xung nhịp, vì vậy việc sắp xếp chip chính xác có thể đáp ứng tốt hơn yêu cầu này.

    Một trong những dạng RAM được biết nhiều là RDRAM (Rambus DRAM) đã kết hợp một cách tốt nhất cách sắp xếp gọn với các mạch ổn định hơn. Chip bố trí rất sát nhau, và các đường dẫn được thiết kế ngắn, chính xác và mảnh hơn các mạch in chuẩn, góp phần làm giảm điện dung không cần thiết ảnh hưởng đến tốc độ của tín hiệu.

    Hệ thống cũng được thiết kế đồng bộ với xung nhịp, cho phép điều chỉnh chính xác thời điểm có mặt của thông tin trên bus. Quá trình truyền xảy ra sau mỗi 2ns trên cả hai đầu xung nhịp chẵn và lẻ. Sự đồng bộ này tương tự như quá trình xảy ra trong SDRAM. Kết hợp tất cả những yếu tố trên cho phép tốc độ truyền đạt tới 500MBps (500MB trong 1 giây).

    Thị trường bộ nhớ thông dụng bị ràng buộc và phát triển chậm bởi tất cả các loại chip nhớ bổ sung đều được đưa ra ở dạng chuẩn. Tuy nhiên, các nhà thiết kế bo mạch video lại thoải mái trong việc lựa chọn loại chip nhớ theo sở thích. Như kết quả cho thấy, thị trường tràn đầy các loại sản phẩm khác nhau. Một số nhà sản xuất sử dụng DRAM thông thường, một số yêu cầu VRAM chuyên dụng hơn, và số khác thì thử nghiệm với loại kết hợp như WRAM, 3D RAM.

    Sử dụng DRAM hay VRAM đắt giá hơn để duy trì hình ảnh trên màn hình là vấn đề tranh luận lâu nay. DRAM vừa thực hiện điều khiển sự thay đổi hình ảnh trên màn hình, vừa thu thập thông tin để gửi đến video monitor. Trong card video sử dụng VRAM, các chip thực hiện hai tác vụ, một duy trì và thay đổi hình ảnh, trong khi tác vụ khác là thu thập hình ảnh cho video monitor. VRAM liên tục tiến hành cả hai tác vụ, mỗi tác vụ ở riêng một cổng.

    VRAM có thể có hai cổng, nhưng không có nghĩa là nó có thể xử lý thông tin nhiều gấp hai lần. Các phần tử nhớ riêng biệt trên thực tế đều như nhau trong cả VRAM và DRAM. Lượng thông tin có thể truyền tải đi và đến các phần tử nhớ DRAM là có hạn chế, bởi tín hiệu điện nạp cho hàng và cột phải có thời gian để nạp và xả. Tốc độ chung này được gọi là bandwidth (bộ rộng dải). Hai cổng của VRAM không làm tăng đôi độ rộng dải. Cổng bổ sung này tăng lượng thông tin có thể đến và đi khỏi chip, mà không nhân đôi chúng lên.

    Sự phân tách này có hai tác dụng. Các mạch VRAM luôn cho độ phân giải cao và nhiều màu hơn. Ðộ rộng dải có tác dụng tốt trong những trường hợp độ phân giải cao. Ví dụ màn hình 24-bit với độ phân giải 1280x960 cần tới lượng thông tin 3MB mỗi lần hồi phục màn hình. Với độ phân giải thấp hơn, không cần đến độ rộng dải như vậy.

    Mặt khác, các mạch DRAM không đòi hỏi đến độ rộng dải. Bởi vậy, các nhà sản xuất bo mạch video cấp thấp thường chọn loại chip nhớ này. Bất kỳ phần nhớ nào không được sử dụng để phục hồi màn hình đều dành cho bộ điều khiển video. Nếu màn hình chạy ở độ phân giải thấp, bộ điều khiển video có thể sử dụng phần còn lại của độ rộng dải để tạo những hình ảnh phức tạp trên màn hình. Các bo mạch DRAM này có thể tái hiện những hình ảnh độ phân giải cao, nhưng với tốc độ chậm hơn.

    Các nhà sản xuất RAM đang sử dụng những chip RAM cho bo mạch video bằng nhiều cách. RAM có cache, RAM đồng bộ..., tất cả đều có thể được sử dụng để tăng tốc độ của RAM trên bo mạch video. EDORAM, CDRAM, SDRAM và các loại RAM cải tiến khác đều có thể được thay thế nhanh chóng và hiệu quả. Hơn nữa, với kỹ thuật tương tự, có thể cải tiến VRAM thành CVRAM (cached VRAM), SVRAM (VRAM đồng bộ), và EDOVRAM.

    Quá trình cải tiến VRAM với cache mới chỉ bắt đầu. Hiện tại, nhiều chuẩn cho video card có thể tăng tốc độ bằng cách bổ sung trí tuệ cho chip RAM (bổ sung khả năng tự xử lý). Công nghệ WRAM là một ví dụ điển hình về bộ nhớ có những đặc tính hổ trợ cho đồ họa. Thực tế, WRAM có khả năng trợ giúp cho video chuyển động thật (full-motion video) hơn là tăng tốc cho môi trường Windows. Khả năng tự xử lý của WRAM cho phép chip thực hiện những tác vụ đồ họa tốt hơn, chẳng hạn như tô nền và BitBlts (BitBlts là một hiệu ứng rất hữu ích cho video chuyển động nhanh). Các nhà kỹ thuật đã cho thấy rằng WRAM có trí tuệ chạy nhanh hơn VRAM và có giá thấp hơn.

    Một giải pháp hấp dẫn khác là 3D RAM (RAM ba chiều) do Mitsubishi và Sun Microsystem phát triển để tăng tốc độ các tác vụ 3 chiều. Bản chất của cách tiếp cận này là gắn bộ đệm z (trục z) và ALU trên chip. Thông thường, card đồ họa 3D (ba chiều) sẽ vẽ một điểm trong hệ 3 chiều bằng cách tìm điểm đó trong bộ đệm z, nơi lưu trữ tọa độ z của điểm cuối cùng được vẽ tại vị trí này. Nếu tọa độ mới nhỏ hơn, có nghĩa điểm đang được xem xét gần với mắt người dùng hơn và nhìn thấy được. Cả đồ họa sẽ ghi điểm này ngược vào bộ nhớ để hiển thị kết quả. Nếu tọa độ z lớn hơn, có nghĩa là nằm xa hơn, bị che khuất bởi điểm được vẽ trước đó.

    RAM 3D chuyển toàn bộ công đoạn trên vào chip nhớ, nơi có sẵn bộ ALU để xử lý. Thay vì video card phải đọc, tính toán và ghi để vẽ các điểm trong hệ 3 chiều, nó chỉ việc ghi vào RAM 3D và tự RAM sẽ quyết định phần việc còn lại.

    Bộ ALU trên RAM 3D cũng có thể thực hiện một số thao tác khác trợ giúp cho card. Mitsubishi ước tính rằng video card với RAM 3D có khả năng thể hiện 1,8 triệu hình đa giác 100 điểm trong một giây - có nghĩa là 9 lần nhanh hơn card sử dụng VRAM.

    RAM 3D cũng sử dụng công nghệ cache. RAM 3D chuẩn là một chip 10MB với 4 vùng 2,5MB và một ALU trung ương có nhiệm vụ thực hiện các công đoạn vẽ. Có 2 cache L1 trong ALU và 4 cache L2 ở 4 bank.

    Bộ nhớ không thay đổi

    Thị trường máy tính di động đang phát triển mạnh, trong đó kết quả của các nhà thiết kế RAM có tầm quan trọng đặc biệt. Các loại Flash RAM và RAM sắt điện (ferroelectric-FRAM) đang được nghiên cứu để làm bộ nhớ chính cho các máy xách tay.

    Intel, nhà sản xuất vi mạch lớn nhất, luôn ủng hộ cho loại Flash RAM, công nghệ tương tự như EEPROM. Các chip nhớ này lưu dữ liệu của chúng cho tới khi bị xóa bởi một điện áp khá lớn. Intel đã công bố Flash RAM loại 2MB vào cuối năm 1994 với hy vọng là chip sẽ được chấp nhận bởi các nhà sản xuất máy in để lưu trữ cục bộ thông tin về font chữ cũng như mã hiển thị khác.

    Chip Flash RAM cũng tìm được chổ trong máy camera cầm tay và các sản phẩm khác cần đến lượng dữ liệu tương đối nhỏ. Một số nhà sản xuất máy tính đang sử dụng loại chip này để lưu trữ thông tin BIOS mà bạn có thể nâng cấp khi cần thiết. Tuy nhiên việc sử dụng Flash RAM còn hạn chế do giá thành còn cao.

    Một số nhà sản xuất khác lại đang vội vã tập trung vào việc phát triển chip FRAM, loại được coi là "bộ nhớ cơ bản". Hitachi và Ramtron cùng hợp tác với nhau trong một dự án, Matsushita và Symetrix lại liên kết thành nhóm khác. Tất cả cùng đang nghiên cứu các thiết bị có dung lượng 256KB, 1 và 4MB nhằm vào sử dụng rộng rãi. Một số nhà quan sát công nghiệp cho rằng FRAM có thể chứng tỏ để thay thế DRAM chuẩn bởi nó không bị suy thoái sau nhiều tác vụ ghi xóa.

    RAM Drives Forward

    Công nghiệp chế tạo RAM sẽ tiếp tục phát triển và hưng thịnh trong thập kỷ tới. RAM vẫn là phần chạy chậm nhất của các hệ máy tính hiện nay, bởi vậy các nhà thiết kế sẽ tập trung nghiên cứu nhằm tạo ra những sản phẩm nhanh hơn. Thị trường đang phát triển cũng góp phần tạo ra các sản phẩm RAM đa dạng với những đặc tính tốc độ khác nhau.

    Những chip nhớ sẽ không chỉ thực hiện chức năng lưu dữ liệu mà còn có khả năng tính toán. Những dự án nhiều tham vọng nhất sẽ được đưa ra từ lĩnh vực đồ họa. Bạn có thể tìm thấy trên các hệ máy để bàn nhiều cải tiến mà Cray Computer đã giới thiệu từ những năm 1980. Bộ nhớ thông minh mà Cray đang sử dụng cho các hệ máy lớn mới nhất có thể cho thấy một cách tiếp cận khác hữu hiệu hơn trong vài năm tới. Nhưng cho đến thời điểm đó, sự tiến bộ của các loại DRAM nhanh hơn và nhanh hơn nữa sẽ cho các nhà thiết kế hệ thống nhiều phương án kết hợp bộ nhớ.

    Flash memory

    Những chỉ trích về bộ nhớ flash đã cường điệu quá mức (Flash memory - loại RAM có thể lưu lại dữ liệu ngay cả khi không có điện. Chỉ có thể xóa nội dung bằng một điện áp khá lớn). Nếu thật sự dung lượng lưu trữ cho máy cầm tay là vấn đề đáng quan tâm của bạn thì những ổ đĩa cứng PCMCIA Type III PC Card 260 MB với giá 600 USD quả là sự lựa chọn hấp dẫn so với card nhớ flash 40MB giá 1.200 USD. Thậm chí một số người ủng hộ bộ nhớ flash vẫn cho rằng loại bộ nhớ này không dễ gì là đối thủ của công nghệ đĩa cứng cả về giá và dung lượng trong thời gian tới. Tuy nhiên, dung lượng lưu trữ chưa phải là tất cả.á

    Card nhớ flash, một thể rắn thuần túy điện tử và không có thành phần chuyển động, đòi hỏi ít năng lượng hơn nhiều so với đĩa cứng, và điều này rất có ý nghĩa đối với các máy tính cầm tay. Hơn nữa, nhiều máy cũ không có khe cắm cho PC Card Type III (loại card đĩa cứng, dày hơn Type I và Type II), nhưng lại có khe cắm Type I và II thông dụng hơn có thể tiếp nhận card nhớ flash. Ðiều này có thể là vấn đề cân nhắc quan trọng nếu bạn đang cần trang bị máy cầm tay. Thời gian truy cập của card nhớ flash (khoảng 30 nanosecond) nhanh hơn từ 100 đến 1000 lần so với đĩa cứng, cho phép chạy với tốc độ chỉ trong khoảng nháy kép mouse.á

    Bộ nhớ flash với thể rắn có thể chịu được va đập mạnh (đến 2000 Gs) hơn bất kỳ loại đĩa cứng nào (200 Gs). Ðiều này quan trọng trong nhiều trường hợp. Với loại "nồi đồng cối đá" thì chẳng phải bận tâm gì nhiều. Bởi card nhớ flash lưu giữ thông tin ngay cả khi không có năng lượng nên dữ liệu có thể được bảo quản tốt trong thời gian dài. Cuối cùng, card nhớ flash rất đáng tin cậy với MTBF (mean time between failures - khoảng thời gian có thể xảy ra sự cố) là hàng triệu giờ. Vì tất cả những lý do nêu trên, card nhớ flash vẫn có tầm quan trọng trong sử dụng máy tính cầm tay.á

    Card nhớ flash còn thâm nhập vào nhiều sản phẩm khác ngoài máy cầm tay. Trong nhiều máy in và server in, card flash lưu trữ font chữ, biểu tượng, hình thức trình bày. PDA (Personal Digital Assistant - máy tính trợ giúp cá nhân), bao gồm cả Apple Newton và các thiết bị cầm tay khác, sử dụng card flash như phương tiện chính phân phối phần mềm. Ðối với PDA, card flash có giá trị hệ thống hơn đĩa cứng. Bạn có thể không cần đến 100MB, nhưng bạn cần sự tiện lợi và tin cậy.á

    ở mức độ chip, bộ nhớ flash còn thông dụng hơn trong các ứng dụng liên quan đến máy tính. Flash BIOS, trước đây chỉ có trong các máy xách tay, nay thật sự đang thay thế ROM BIOS trong các hệ để bàn, cho phép các nhà sản xuất hay người dùng viết lại chương trình BIOS mà không phải thay chip.á

    Bản chất kiên định của bộ nhớ flash cũng rất quan trọng. Các đặc tính Plug-and-Play sẽ đòi hỏi bộ nhớ BIOS mà dữ liệu cấu hình có thể cập nhật được. Các Hub và Router cũng sử dụng chip flash thay thế cho ROM, đảm bảo khả năng cập nhật đơn giản. Nhiều loại modem cũng sử dụng bộ nhớ flash để lưu cấu hình và phần mềm. Giải pháp này cho phép bạn nâng cấp modem đơn giản và không tốn tiền bằng cách nạp lại thông tin, hơn là phải đổi chip. Tương tự, card mạng cũng có chip flash ghi lại chi tiết cấu hình. Trên các ổ đĩa SCSL, chip flash thường lưu các mã điều khiển có thể thay đổi theo nhu cầu người dùng. Ðộ tin cậy của bộ nhớ flash cũng được ứng dụng trong bảo toàn dữ liệu và hệ RAID (RAID - xem PC World VN số 6/1995).á

    Với nhiều sản phẩm không thuộc máy tính, chip nhớ flash (thường là loại dung lượng thấp) cũng có mặt trong máy điện thoại cầm tay, máy nhắn tin, máy trả lời (thay thế DRAM) và video camera. Dễ dàng thiết kế và sản xuất các máy điện thoại cầm tay và đặt cấu hình bộ nhớ flash của chúng với các mã đặc biệt, tương ứng với mục đích sử dụng cuối cùng.á

    Bộ nhớ flash đóng vai trò tương tự trong các máy Set-top boxes cho TV (thiết bị bổ sung vào TV để có thể xem và mua hàng thông qua TV): máy cần được chỉnh lại sau khi sản xuất và nạp những thông tin cần thiết. Thậm chí xe hơi cũng sử dụng bộ nhớ flash như một phần của hệ điều khiển động cơ.á

    Trong khi việc kinh doanh bộ nhớ flash PC card tăng ít nhất 10% mỗi năm, một số dự đoán cho thấy toàn bộ thị trường bộ nhớ - flash hiện tại là 1 tỷ USD - sẽ tăng 50% mỗi năm và đạt từ 4 đến 10 tỷ USD vào năm 2000. Một vài yếu tố thúc đẩy sự tăng trưởng này. Ron Bohn, nhà phân tích của Dataquest, nhìn nhận bộ nhớ flash như một "khả năng kỹ thuật". Hiện tại, mức tiêu thụ các sản phẩm sử dụng bộ nhớ flash tăng nhanh, giá lại hạ và dần trở thành đối thủ với DRAM. Người dùng card flash 10MB sau một - hai năm có thể mua card 20MB với cùng giá.á

    Ðiều chắc chắn sẽ xảy ra với công nghệ điện tử - bộ nhớ flash cũng trở nên thông dụng cho các nhà sản xuất cạnh tranh, bao gồm AMD, Fujitsu, IBM, Inter, Matsushita, Mitsubishi, National Semiconductor, Panasonic, SGS-Thomson và Toshiba... Phần lớn các bộ nhớ flash được thiết kế theo chuẩn và có thể trao đổi với nhau.á

    Công nghệ flash đang tự phát triển. Giao tiếp serial và kích thước nhỏ của bộ nhớ làm tăng tính linh động. Dữ liệu được lưu trữ với độ tin cậy và an toàn cao. Dung lượng của chip flash hiện tại là 16Mb và sẽ được tăng gấp đôi vào năm tới. Hiện đã có card flash 40MB với tính năng hơn hẳn các ổ đĩa cứng loại PC Card.

    Phương thức tinh vi nhất để lấy thông tin ra từ chip đang được thực hiện bởi Cray Computer. Các kỹ sư đang thiết kế một siêu máy tính mới - Cray 3, sử dụng loại bộ nhớ đặc biệt có chứa bộ xử lý. Mỗi chip nhớ có 128KB lưu trữ và 64 bộ LU một bit có thể thực hiện mọi phép tính cơ bản 1-bit. Các BXL 1-bit được cài sẵn trong các chip nhớ. Mỗi bộ chứa 3 thanh ghi 1-bit. Dữ liệu trong bất kỳ các bit cục bộ nào của mỗi BXL có thể được tải vào và lấy ra từ các thanh ghi này. Mỗi cái trong 3 thanh ghi có thể có hai trạng thái khác nhau, có nghĩa là có 8 cấu hình cho mỗi bộ thanh ghi. Các chip này do Supercomputer Research Center thiết kế như một phần của chương trình nghiên cứu được tài trợ bởi NSA (National Security Agency). Công nghệ được chuyển nhượng cho Cray Computer và National Semiconductor, những công ty sẽ sản xuất chip.

    Chip được thiết kế để hoạt động như một bộ nhớ thông thường trong phần lớn thời gian. Tuy nhiên, nếu BXL chính cần sử dụng bất kỳ trong 64 BXL nằm trong bộ nhớ, nó sẽ thiết lập một đường tín hiệu và ghi chỉ thị vào chip. Chỉ thị được phân cho các BXL, và mỗi BXL thực hiện lệnh trong 2048 bit dữ liệu cục bộ.

    Máy tính đầu tiên sử dụng bộ nhớ loại mới này mang tên Cray 3/SSS, và khách hàng đầu tiên sẽ là NSA, Robert Cox, giám đốc dự án Cray 3/SS, hy vọng rằng máy tính sẽ có nhiều ứng dụng trong việc giải quyết các vấn đề cao cấp song song (chẳng hạn xử lý ảnh, tính toán địa chất).

    Bổ sung cache là phương pháp hợp lý được người dùng máy tính biết rất rõ nhằm tăng tốc độ hệ thống. Tuy nhiên hiện tại, nhu cầu về cache riêng đang hạ thấp bởi những bộ xử lý mới nhất được bổ sung nhiều cache hơn ngay trên CPU và các HÐH đa nhiệm phân chia yêu cầu về bộ nhớ, làm giảm ưu thế tốc độ do cache tạo ra.

    Những thế hệ CPU mới hiện nay bao gồm một lượng cache nhỏ ngay trên chip. Lượng cache này thông thường giới hạn trong khoảng 8 - 32 KB, quá ít để đáp ứng cho nhiều ứng dụng. Bởi vậy, nhiều hệ máy tính được thiết kế với một lượng cache lớn L2 (Level 2) bên ngoài để hổ trợ cho cache trên chip (cache L1).

    Tuy vậy, cache trên chip trở nên ngày càng lớn, Intel đã công bố BXL P6, chứa đến 256 KB cache L2 trên mạch, còn Alpha chip 21164 của Digital cũng có 96KB cache L2. Với lượng cache ngay trên chip nhiều như vậy, việc bổ sung cache L2 cho máy tính trở nên không còn ý nghĩa. Bởi vậy chúng ta hy vọng sẽ chứng kiến những loại máy như vậy trong vài năm tới.

    Những bộ phần mềm lớn và HÐH đa nhiệm như OS/2 Warp có thể làm mất giá trị của cache nếu chúng không đủ lớn để giữ tất cả mã chương trình đang được thực hiện. Khi CPU chuyển đổi giữa các tác vụ, nó không thể tìm thấy thông tin cần thiết trong cache và buộc phải yêu cầu từ bộ nhớ chính, vốn dĩ hoạt động không đủ nhanh. Ví dụ, người dùng Windows có thể đã nhận thấy hiệu ứng này khi yêu cầu hệ thống in ở chế độ nền. Nhiều máy không thể lưu cả mã in và mã của Windows trong cache cùng một lúc, bởi vậy việc chuyển đổi thường xuyên làm cho hệ thống thực hiện ở tốc độ thấp.

    Cải tiến trong thiết kế cache đang là việc cần thiết bởi sự hiện diện của đa bộ xử lý. Ða bộ xử lý mới chỉ bắt đầu được đưa ra thị trường do nảy sinh nhu cầu hội đàm qua máy tính để bàn (desktop conferencing) và các ứng dụng multimedia cao cấp. Ða bộ xử lý dường như sẽ trở nên phương án lựa chọn đối với người dùng mức cao.

    Thiết kế cache cho đa bộ xứ lý là công việc tương đối phức tạp. Nếu BXL A chuyển sang cập nhật vùng nhớ đã được thực hiện cache bởi BXL B, bản sao của B hoặc sẽ bị mất hiệu lực hoặc được cập nhật bởi A. Còn xấu hơn nếu B đã sửa đổi bản sao của nó, sau đó trước khi A có thể thực hiện, dữ liệu của B hoặc phải được đưa về bộ nhớ chính hoặc được chuyển trực tiếp tới BXL A. Bởi vậy, có hai cách giải quyết vấn đề này. Hoặc tất cả các BXL đều theo dõi sự chuyển đổi trong bộ nhớ, tìm kiếm những khả năng xung đột với dữ liệu cục bộ đã được thực hiện cache (snoopy cache), hoặc bộ nhớ chính phải điều khiển theo dõi BXL nào đã thực hiện cache với các vùng nhớ (directory-based cache).

    Các hệ đa bộ xử lý đã là đối tượng được nghiên cứu trong vòng 30 năm nay. Nhưng chỉ mới khoảng 5 -10 năm trở lại đây, nó mới chiếm được một phần đáng kể trên thị trường các máy siêu tính cao cấp. Hiện tại, đa bộ xử lý đang thực hiện bước tiến vào lĩnh vực các máy PC và trạm làm việc mức cao, và thật sự công nghệ mới này phải đối đầu với thực tế.

    Trong vòng vài năm tới, máy tính để bàn của chúng ta có thể sử dụng tới 3 hoặc nhiều hơn các loại RAM, mỗi loại được chọn cho chức năng chuyên biệt. Ví dụ, máy có thể dùng SRAM đồng bộ, nhanh cho cache, Advance DRAM không đồng bộ (EDRAM, EDORAM) cho bộ nhớ chính, và Rambus DRAM hay Windows RAM cho card video. Bạn cũng có thể dùng PC Card với flash RAM.

    Ðây là kết quả logic của nổ lực nhằm đưa máy tính đạt tốc độ tối đa. Trước đây, nếu muốn một máy tính chạy nhanh, bạn sử dụng BXL làm việc ở tốc độ xung nhịp cao. Tuy nhiên đến nay, nhà thiết kế cần phải thận trọng cân nhắc từng chi tiết trong hệ thống để ngăn ngừa vấn đề tắc nghẽn. Do mỗi loại RAM có từng ưu thế khác nhau, chúng trở nên có ý nghĩa về khía cạnh kỹ thuật và kinh tế trong việc kết hợp vài kiểu bộ nhớ trong một máy đơn.

    Khi thị trường DRAM được phân thành những công nghệ mới như đã nêu trên, các cơ quan thiết lập chuẩn gặp khó khăn trong việc bao quát tất cả. Một trong những chuẩn đầu tiên là RamLink được đưa ra, nhưng dường như nó không có mặt trong nhiều năm. Và DRAM đồng bộ dù được công nhân nhưng lại không hoàn thiện. Các sản phẩm đồng bộ từ các nhà sản xuất khác nhau không phải lúc nào cũng làm việc với nhau. Tuy nhiên, cùng thời gian đó, công nghệ RDRAM lại trở thành chuẩn phổ biến hơn cả, bởi nhà sản xuất là Rambus.

    Bởi vậy, chúng ta xem xét một vài chuẩn thông dụng, mỗi loại được tối ưu cho từng ứng dụng riêng.

    VRAM cho đến nay có giá gấp đôi so với DRAM tương đương. Nhiều nhà phân tích dự đoán nhu cầu về VRAM sẽ giảm trong vài năm tới, khi những công nghệ RAM nhanh và ít tốn kém xuất hiện. Và giá của chúng sẽ hạ tới mức của DRAM hiện nay.

    Một yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới phân cấp bộ nhớ là xu hướng đưa ra bộ nhớ với giải thông (bandwidth) lớn hơn. Trên thị trường trạm làm việc, các nhà thiết kế RAM và máy tính phải đáp ứng được đòi hỏi của những hệ thống máy tính tốc độ cao - 300 MHz. Công nghệ DRAM thích hợp với video lại có thể không thích ứng cho bộ nhớ chính. Chẳng hạn Rambus DRAM thực hiện các ứng dụng video rất tốt bởi nó duy trì được dữ liệu lớn trong bộ nhớ vài MB. Tuy nhiên, những đặc tính này lại không phải là tiêu chuẩn để lựa chọn cho bộ nhớ chính của máy tính thông thường.

    Kết quả dẫn tới bài toán con gà và quả trứng. Tất cả đều đồng ý rằng họ đang cần tốc độ, nhưng các công ty lại chẳng muốn giao phó cho một công nghệ đến khi đã rõ người thắng cuộc, và điều này sẽ không xảy ra nếu một công nghệ bắt đầu được nhiều người quan tâm. Cuối cùng, thay vì đến trực tiếp với một cấu trúc mới cho bộ nhớ chính, các nhà sản xuất hệ thống có lẽ lại tiếp tục thận trọng.

    Trong những năm tới, chúng ta phải rất cẩn thận khi mua bộ nhớ cho máy của mình. Những máy tính khác nhau có thể sử dụng công nghệ RAM khác nhau, và chắc chắn là một số máy đòi hỏi phải có những loại RAM đặc biệt từ các nhà sản xuất cụ thể. Quả là vấn đề không mấy dễ chịu. Nhưng đó là cái giá phải trả để đổi lấy dung lượng và tốc độ.