ColumnDisturb:理解真实 DRAM 芯片中基于列的读干扰及其对未来系统的影响
摘要
我们在真实的商用 DRAM 芯片中实验性地展示了一种新的广泛存在的读干扰现象——ColumnDisturb。通过反复打开或保持一个 DRAM 行(攻击者行)处于打开状态,我们证明可以通过 DRAM 列(即位线)干扰 DRAM 单元,并在与攻击者行共享相同列(跨多个 DRAM 子阵列)的 DRAM 单元中诱发比特翻转。借助 ColumnDisturb,单行的激活可同时干扰多达三个子阵列(例如 3072 行)中的单元,而 RowHammer/RowPress 仅影响单个子阵列中攻击者行的少数相邻行。我们使用来自三家主要制造商的 216 块 DDR4 和 4 块 HBM2 芯片,在各种工作条件下严格地表征了 ColumnDisturb 及其特性。在 27 项关键实验观测中,我们重点强调两项主要结果及其影响。首先,ColumnDisturb 影响所有三家主要制造商的芯片,并随着 DRAM 技术向更小节点尺寸缩小而恶化(例如,诱发首次 ColumnDisturb 比特翻转的最短时间最多减少 5.06 倍)。我们观察到,在现有 DRAM 芯片中,ColumnDisturb 在标准 DDR4 刷新窗口(例如 63.6 ms)内即可在多个单元中诱发比特翻转。我们预测,随着 DRAM 技术节点尺寸的缩小,ColumnDisturb 在未来的 DRAM 芯片中将进一步恶化,可能在标准刷新窗口内引发更多比特翻转。其次,ColumnDisturb 在远多于保持力失效的行中诱发比特翻转(最多达 198 倍)。因此,ColumnDisturb 对利用单元保持时间异构性的保持力感知刷新机制具有重要影响:我们的详细分析表明,ColumnDisturb 大大降低了此类机制的收益。
引用
@article{arxiv.2510.14750,
title = {ColumnDisturb: Understanding Column-based Read Disturbance in Real DRAM Chips and Implications for Future Systems},
author = {İsmail Emir Yüksel and Ataberk Olgun and F. Nisa Bostancı and Haocong Luo and A. Giray Yağlıkçı and Onur Mutlu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.14750},
year = {2025}
}
备注
Extended version of our publication at the 58th IEEE/ACM International Symposium on Microarchitecture (MICRO-58), 2025