Kısmi yük yenileme tekniği ile satırdarbesi önleme mekanizmalarının performansının iyileştirilmesi

Modern DRAM çiplerinde gerçekleşen okuma hataları, bellek yalıtımını bozabilen yaygın bir zayıflıktır. Bellek yalıtımı, bellek güvenliği ve güvenilirliğinin temel yapı taşlarından biridir. SatırDarbesi zafiyeti, DRAM'deki okuma hatalarına önemli bir örnektir; burada DRAM hücrelerinin bir satırına (DRAM satırı) tekrar tekrar erişmek (darbeleme), fiziksel olarak yakın DRAM satırlarında (kurban satırlar) bit hatalarına neden olur. Ne yazık ki, teknoloji düğüm boyutunun küçülmesi SatırDarbesi zafiyetini kötüleştirir ve böylece, daha yeni DRAM çip nesillerinde daha az erişim yaparak SatırDarbesi bit hataları oluşturulabilir. Güvenilir DRAM kullanımı için, son teknoloji SatırDarbesi önleme mekanizmaları potansiyel kurban satırlardaki DRAM hücrelerinin yükünü yeniler (önleyici yenileme ya da yük yenileme). Gerçekleştirilen bu önleyici yenileme operasyonu DRAM çipini bir süre kilitleyerek performans kayıplarına yol açar. Daha yeni DRAM çip nesilleri ile bu mekanizmalar önleyici yenilemeyi daha sık gerçekleştirir ve daha büyük performans kayıplarına neden olur. Güvenilirlik ve güvenlikten ödün vermeden bu kaybı azaltmak için bizim amacımız, önleyici yenileme için harcanan zamanı azaltmak ve bu azaltılmış zamanın SatırDarbe zafiyeti üzerindeki etkisini anlamaktır. Bu amaçla, gerçek DRAM çiplerinde veri tutma süresi, yük yenileme ve SatırDarbesi zafiyetinin özellikleri arasındaki etkileşimlere dair ilk kapsamlı deneysel çalışmayı sunuyoruz. Üç büyük DRAM üreticisinden toplam 388 DDR4 DRAM çipini test ediyoruz ve bir yük yenileme operasyonunun gecikmesinin önemli ölçüde azaltılabileceğini (%64 oranında) ve dolayısıyla, biraz daha fazla (%0,54 oranında) önleyici yenileme operasyonu gerektireceğini gözlemliyoruz. Bu gözlemimizi kullanarak, yük yenileme gecikmesini dinamik olarak ayarlayan, mevcut SatırDarbesi önleme mekanizmalarının saldırganlığını düzenleyen ve bellek kontrolcüsü tabanlı düşük maliyetli bir mekanizma olan Kısmi Yük Yenileme ile Agresif Önleme'yi (PaCRAM) öneriyoruz. PaCRAM'i beş son teknoloji SatırDarbesi önleme mekanizması ile kullanarak önleme mekanizmalarının performans (enerji) kayıplarını sırasıyla ortalama olarak %18,95 (%14,59), %12,28 (%11,56), %2,07 (%1,15), %2,56 (%2,18) ve %5,37 (%4,50) oranında azaltarak sistem performansını ve enerji verimliliğini önemli ölçüde artırıyoruz.