スタンフォード大学の研究者が、現代のCPUとGPUの内部キャッシュの性能を劇的に向上させる可能性のある技術を研究しています。この技術はハイブリッド・ゲイン・セル・メモリ（Blocks and Filesの報道）と呼ばれ、SRAMとDRAMの機能を組み合わせることで、主にストレージ密度の向上を実現します。
研究チームのリーダーであるスタンフォード大学電気工学教授のフィリップ・ウォン氏によると、GPUに内蔵されたSRAMベースのキャッシュには、比較的低速なDRAMからデータをロードする必要があるため、「メモリウォール問題」が発生するという。この移行には膨大な時間と電力を消費するため、従来のSRAMよりも優れた性能特性を持つ後継機の開発が望まれている。
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ウォン氏の研究チームの技術は、異なる材料で作られた2つのトランジスタを備えたハイブリッドGaNセルを採用しています。書き込みトランジスタには原子層堆積法によるインジウムスズ酸化物（ALD ITO）が、読み出しトランジスタにはシリコンPチャネル金属酸化物半導体（Si PMOS）が使用されています。これは、ビット状態信号の読み取り速度が遅いとされる2つのシリコン酸化物ベースのトランジスタよりも高性能なソリューションです。
スタンフォード大学の研究チームは、ハイブリッドゲインセル技術の優れた性能特性を発見しました。テストでは、ゲインセルを搭載したデバイスは1時間以上データを保存できました。これは、64ミリ秒ごとにリフレッシュが必要なDRAMの性能をはるかに上回るものです。また、アクセスタイムが1～10ナノ秒のOS-OSトランジスタゲインセルからのデータ読み出しは、DRAMの最大50倍高速化しました。
しかし、これは必ずしも実世界でのパフォーマンス向上につながるわけではありません。チームのゲインセル技術は、特にSRAMよりもデータ密度の高いゲインセル構成において、いくつかのパフォーマンス面においてSRAMよりも遅くなる可能性があると言われています。
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いずれにせよ、ゲインセルメモリの最も重要な特徴は、その高いストレージ容量上限であり、これは低レベルキャッシュにとって非常に重要です。キャッシュ容量が大きいほど、CPUまたはGPUがシステムDRAMからデータを転送する時間が短縮され、パフォーマンスとレイテンシが向上します。これがAMDの3D V-Cacheテクノロジーの根底にある原理です。
チームのゲインセル技術は将来のCPUやGPUに採用される可能性があり、低レベルキャッシュの容量を現状以上に向上させる可能性があります。また、IntelやAMDがこの技術の3D版を活用し、現在の3Dベースキャッシュよりもさらに容量を向上させることを阻むものは何もありません。
