Hybrid Memory Cube, la memoria RAM del futuro

Todos los computadores actuales utilizan memoria para almacenar información y luego procesarla. Este hecho es inherente a la condición de que una computadora sigue la Arquitectura de von Neumann, formada por unidad de proceso, unidad de memoria y unidad de entrada/salida, entre otras. Con el paso de los años se han añadido otros componentes, se han miniaturizado y evolucionado hasta lograr lo que tenemos en nuestras casas.

La Arquitectura de von Neumann ha sido, es y seguirá siendo la base de cualquier computador durante muchos años, pero necesita evolucionar y adaptarse a los tiempos modernos. Por aquí ya hemos hablado múltiples veces de la locura del mundo del hardware – Microprocesadores Intel de 8 núcleos para otoño, el mundo del hardware se ha vuelto loco – que en ocasiones duplica el rendimiento en unos pocos años de vida. Todo, repito, todo tipo de tecnología necesita evolucionar.

Estas evoluciones suponen, generalmente, un avance significativo pero no increíble, aunque de vez en cuando hay alguna excepción. Pasó con los SSD hace unos años y lo próximo será la Intel Hybrid Memory Cube que desmenuzamos a continuación.

La necesidad de mejorar la memoria

Las CPU avanzan a pasos agigantados, las GPU también lo hacen. El almacenamiento duplica su rendimiento cada dos años y mejora sus capacidades, e incluso hasta las placas base utilizan materiales cada vez más resistentes y eficientes. Y todo esto con un consumo energético que cada vez es menor.

Pero hay un componente que, en palabras de Intel, está cerca de llegar al límite: la memoria DRAM. Es cierto que sigue evolucionando (DDR1, DDR2 y DDR3 en la actualidad, DDR4 en un futuro) pero podría tener los años contados si el Hybrid Memory Cube tiene éxito. La razón es la estructura bidimensional de los módulos de memoria que requiere de lentos sistemas de conexión entre los diversos chips de memoria para interactuar entre ellos. “Lento”, entrecomillado, pues permite unos cuantos millones de lecturas de ceros y unos por segundo.

Así pues, ya tenemos uno de los componentes a mejorar: la memoria RAM y su estructura física. Necesitamos cambiar cómo está distribuida la estructura de la memoria, optimizándola y logrando un mejor rendimiento.

Nace Hybrid Memory Cube.

Hybrid Memory Cube, de Intel y Micron

Hybrid Memory Cube está siendo desarrollada por Intel y Micron desde hace algunas meses. A día de hoy tienen algunos prototipos funcionales con los que han conseguido tasas de transferencia de 1 Terabit por segundo (unos 128 GB/s) y minimizar el impacto energético hasta en siete veces, lo cual se dice pronto pero es una diferencia increíble. Intel dice que ya han conseguido prototipos de Hybrid Memory Cube diez veces más rápidos que DDR3

¿En qué consiste Hybrid Memory Cube? Lo intentaremos explicar de forma sencilla.

La memoria actual utiliza un buffer que es como un cajón por donde pasa todo el contenido que la memoria ha de tratar. Una vez que la información está en ese buffer cada chip de memoria se encarga, por su propia cuenta, de seleccionar qué información coger y almacenar. Esto es lo que tenemos que cambiar.

Supongamos ahora que en vez de tener los chips de memoria uno junto a otro los apilamos todos juntos, de forma que estén muy cerca, uno encima de otro, y puedan comunicarse muy rápidamente entre ellos. Tenemos una pequeña montaña de chips de memoria en bruto, una especie de torre de chips.

La idea de Intel, además de modificar la estructura bidimensional de la memoria (que los chips estén uno al lado del otro) y cambiarla a una tridimensional (chips montados uno encima del otro) es añadir una capa encargada de operar con la información de entrada y enviarla a cada chip de memoria. Nos olvidamos de que los chips de memoria tengan que buscar qué información almacenar, ahora habrá una capa que estará encargada de mandarles la información. Nos quitamos que ellos la busquen, nosotros se la damos. Bueno, la capa de lógica se la da.

Un símil interesante es un niño que va a buscar gominolas al kiosko. El niño simplemente quiere gominolas, le da igual cuáles, y en vez de estar el recogiéndolas de las estanterías de la tienda es el kioskero quien se las da. Por ahí van los tiros.

Mejoras de Hybrid Memory Cube

La mejora está clara: el niño no pierde el tiempo viendo qué chuches son las que más le interesan, porque él lo que quiere al fin y al cabo son gominolas. El niño quiere azúcar y el kioskero le da azúcar mucho más rápido.

En Hybrid Memory Cube ocurre algo similar. Intel y Micron añaden un intermediario que es el encargado de la gestión de la RAM, a dónde va cada grupo de bits que se quiere almacenar en cada momento.

Así que ya tenemos la mejora planteada. Sobre el papel y con el ejemplo de las chuches y el mocoso que perderá los dientes en unos años puede parecer sencillo, aunque lógicamente en la realidad es mucho más complejo. No obstante, la idea es esa y con ella Intel afirma haber conseguido cifras excelentes, en torno a lo ya comentado anteriormente: transferencias de 1 Tbit por segundo y, lo que es más interesante aún, mejorar la eficiencia energética en torno a siete veces. Desde Micron afirman que pueden conseguir un ancho de banda quince veces mayor que el de la RAM actual, un rendimiento veinte veces mayor y algo a lo que generalmente no se le da la suficiente importancia, un 90% menos de espacio físico .

Hybrid Memory Cube, un logro para el futuro

De ser ciertos todos estos datos podríamos estar hablando de uno de los grandes hitos en la evolución de los computadores en su corta historia de unos cincuenta años. Un hito comparable a la evolución de los procesadores multinúcleo o al almacenamiento flash en comparación con lo procesadores mononúcleo o el almacenamiento magnético.

Hybrid Memory Cube es, a día de hoy, un proyecto en desarrollo con una pinta interesantísima, pero prototipo al fin y al cabo. No hay fechas previstas de lanzamiento, ni mucho menos, y todo lo que podemos afirmar es que llegará algún día. Quizá dentro de cinco o diez años, tal vez veinte.

Y una vez que empiecen a venderse las primeras unidades que utilicen el modelo Hybrid Memory Cube, éstas serán excepcionalmente caras y orientadas al sector profesional, pero siempre ocurre esto: los grandes logros tecnológicos primero han llegado a las grandes empresas para luego ir descendiendo hasta llegar al mercado doméstico. Y así será con HMC.

Más información | Intel y Micron, y una escueta pero interesante lectura en Anandtech.