PIM - Processing-in-Memory

Bei PIM, Processing-in-Memory oder Processor-in-Memory, handelt es sich um einen flüchtigen Speichertyp (z. B. DRAM), der über einen integrierten Prozessor zur Ausführung von Datenverarbeitungsaufgaben enthält.
Das Konzept dahinter wird als In-Memory Computing bezeichnet, bei dem die Speicherzellen und der Prozessor eng miteinander verknüpft sind. Dabei werden die Daten im Arbeitsspeicher gehalten und nicht mehr von einer Festplatten oder einer Datenbanken geladen. Ein Erweiterung dazu ist, dass im Speicher Rechenwerke enthalten sind. Der Speicher liefert dann nicht einfach nur die Rohdaten, sondern die Ergebnisse einfacher Rechen- oder Suchoperationen. Dadurch kann die Dauer des Datentransfers und Energieverbrauch eingespart werden.

Vorteile von PIM

In einem Standard-Computer mit einer sogenannter Von-Neumann-Rechner-Architektur treten typischerweise Engpässe zwischen Prozessor und Speicher bzw. Eingabe-Ausgabe auf, die man im Laufe der Zeit durch das Erhöhen der Verbindungsgeschwindigkeit optimiert. Leider gibt es hier physikalische Grenzen, weswegen man immer mal wieder die Anbindung des Speichers an die CPU optimiert.
Und wenn man sich einen typischen Universal-Prozessor ansieht, dann ist im Prozessorchip der größte Teil ein Speicher in Form von mehreren Cache-Stufen, die allerdings eher klein, aber dafür sehr schnell sind.
Das grundsätzliche Problem, die langsame Verbindung zwischen Prozessor und Speicher, ist dabei nicht behoben. Denn es gibt viele Anwendungen, die vor der Datenausgabe aus dem Speicher, aus diesen Daten etwas berechnen sollen. Hier hilft Processing-in-Memory, weil der Speicher die Daten gleich in der Form liefert, wie sie gebraucht werden.

Nachteile von PIM

PIM folgt einem ganz anderen Architektur-Konzept als ein Universal-Computer. Normalerweise wird der Prozessor eines Computers programmiert. Bei Processing-in-Memory muss die Verarbeitungseinheit im Speicher programmiert werden. Das macht aber nur dann Sinn, wenn der Speicher nicht bei jedem Speicherzugriff umprogrammiert werden muss. Das heißt, PIM ist nur eine Lösung für spezielle Probleme für die ein Universal-Computer zu langsam ist.

Anwendungen

Typische Anwendungsbereiche für Processing-in-Memory sind Künstliche Intelligenz (KI) und Maschinelles Lernen (ML), das Internet der Dinge (IoT) oder Echtzeitanalysen im Big-Data- und Business-Intelligence-Umfeld. Hier gibt es Lösungen für High Performance Computing (HPC) oder In-Memory-Datenbanken. In jedem Fall sind das speziell entwickelte Systeme, die man nicht von der Stange erwerben kann.

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