This dissertation rigorously characterizes many modern commodity DRAM devices and shows that by exploiting DRAM access timing margins within manufacturer-recommended DRAM timing specifications, we can significantly improve system performance, reduce power consumption, and improve device reliability and security. First, we characterize DRAM timing parameter margins and find that certain regions of DRAM can be accessed faster than other regions due to DRAM cell process manufacturing variation. We exploit this by enabling variable access times depending on the DRAM cells being accessed, which not only improves overall system performance, but also decreases power consumption. Second, we find that we can uniquely identify DRAM devices by the locations of failures that result when we access DRAM with timing parameters reduced below specification values. Because we induce these failures with DRAM accesses, we can generate these unique identifiers significantly more quickly than prior work. Third, we propose a random number generator that is based on our observation that timing failures in certain DRAM cells are randomly induced and can thus be repeatedly polled to very quickly generate true random values. Finally, we characterize the RowHammer security vulnerability on a wide range of modern DRAM chips while violating the DRAM refresh requirement in order to directly characterize the underlying DRAM technology without the interference of refresh commands. We demonstrate with our characterization of real chips, that existing RowHammer mitigation mechanisms either are not scalable or suffer from prohibitively large performance overheads in projected future devices and it is critical to research more effective solutions to RowHammer. Overall, our studies build a new understanding of modern DRAM devices to improve computing system performance, reliability and security all at the same time.


翻译:这种失真现象严格地体现了许多现代商品 DRAM 设备的特点,并表明通过在制造商推荐的 DRAM 时间规格范围内利用DRAM 访问时间间隔,我们可以大幅改进系统性能,降低电耗,提高设备可靠性和安全性。首先,我们用DRAM 时间参数边距来描述DRAM的某些区域,发现由于DRAM的细胞过程制造变异,DRAM的某些区域可以比其他区域更快地访问。我们利用这种机会,根据进入DRAM 的单元格允许不同访问时间,这不仅改善了整个系统性能,而且降低了电流消耗的可靠性。第二,我们发现我们能够通过在制造商推荐的DRAM 时间参数低于规格值的情况下,以失败的位置来独特地识别DRAM 设备。由于我们用DRAM 访问这些错误导致了这些故障,我们可以比以前的工作更快地生成这些独特的识别数据。我们建议随机数字生成器是基于我们的观察,即某些 DRAM 细胞的时间错误是随机的,因此可以反复测量出真实的随机值。最后,我们把RAM 安全弱点描述成一个现代DRAM 的大规模数据库的系统,而没有更新了我们目前对DRAM RARM 的升级的精确的系统 的精确性分析,我们现在的系统 的系统 。

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