DRAMSys: Tool zur Optimierung von Speichersystemen durch Simulationsanalysen

DRAMSys4.0 ist ein schnelles und flexibles Open-Source Simulations-Framework für Dynamic Random Access Memory (DRAM), das auf dem SystemC TLM-2.0 Standard basiert. Das Framework wurde an der Technischen Universität Kaiserslautern (Lehrstuhl Entwurf Mikroelektronischer Systeme) und am Fraunhofer IESE entwickelt. Ziel ist es, die Herausforderungen heutiger Speichersysteme in Bezug auf Anwendungen, Leistungsaufnahme, Temperaturverteilung, Retention-Fehler und verschiedene DRAM-Architekturen zu bewältigen.

DRAMSys besteht aus Modellen, welche die DRAM-Funktionalität, -Leistung und -Temperatur widerspiegeln. Mit diesen Modellen können Systementwickler die begrenzenden Parameter und Probleme im Hinblick auf die aktuellen DRAM-Standards in ihrem Systemkontext analysieren.

Das Framework bietet ein benutzerfreundliches Trace-Analyzer-Tool für tiefgreifende Analysen und Erkenntnisgewinne. Mit diesen Erkenntnissen ist der Entwickler in der Lage, das DRAM-Subsystem in Bezug auf die Controller-Architektur, das Leistungs- und Temperatur-Management sowie die Bausteinauswahl und die Kanalkonfiguration für eine bestimmte Anwendung zu optimieren.

• TLM2.0-AT-konform
• Unterstützung für DDR3, DDR4, DDR5, LPDDR4, LPDDR5 Wide I/O 1/2, GDDR5, GDDR5X GDDR6, HBM2, and HBM3
• Scheduling Policies (FIFO, FR-FCFS und FR-FCFS mit read/write grouping)
• Page Policies (open, closed, open adaptive und closed adaptive)
• Refresh-Strategien (all-bank refresh, per-bank refresh, pulled-in, postpone)
• Power-Down-Strategien (PDNA, PDNP, SREF, …)
• Schätzung der Leistungsaufnahme
• Thermische Simulation
• Trace Analyzer für die visuelle Ergebnisanalyse

Die Anwendungsfälle für den Simulator sind vielfältig:

• Welche DRAM-Konfiguration oder welcher DRAM-Standard passt am besten zu meinem System?
• Wie werden neue Standards wie DDR5 oder LPDDR5 das Verhalten meines Systems verändern? Bringen sie einen neuen Nutzen für mein System?
•  Wie sollte ich den Speicher-Controller konfigurieren, um maximale Leistung oder minimalen Energieverbrauch zu errreichen?
• Wie kann ich meine Systemanwendung im Hinblick auf das verwendete DRAM-Subsystem optimieren?

Lukas Steiner erklärt auf der SAMOS 2020 Konferenz die Grundlagen zu DRAMSys. Dabei geht er auf die spezielle TLM2.0 Technolgie ein und erklärt die Vorteile von DRAMSys im Vergleich zu herkömmlichen Simulatoren.