47672 (665877), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Мал. 2. Схематичне зображення передачі даних в мікросхемі пам'яті DDR2-800

Найбільш природним чином вирішення проблеми досягнення вищих тактових частот при переході від DDR до DDR2 є зниження тактової частоти внутрішньої шини даних удвічі по відношенню до реальної тактової частоти зовнішньої шини даних (частоті буферів введення-виводу). Так, в даному прикладі мікросхем пам'яті DDR2-800 (мал. 2) частота буферів введення-виводу складає 400 Мгц, а «ефективна» частота зовнішньої шини даних - 800 Мгц (оскільки суть технології Double Data Rate залишається в силі - дані як і раніше передаються як по висхідному, так і по низхідному напівперіоді синхросигналу). При цьому частота внутрішньої шини даних складає всього 200 Мгц, тому для передачі 1 біта (по кожній лінії даних) за такт зовнішньої шини даних з ефективною частотою 800 Мгц на кожному такті 200-мгц внутрішньої шини даних потрібно передати вже 4 бітів даних. Іншими словами, внутрішня шина даних мікросхеми пам'яті DDR2 повинна бути в 4 рази ширше в порівнянні з її зовнішньою шиною. Така схема доступу до даним, реалізована в DDR2, називається схемою «4n-передвибірки» (4n-prefetch). Її переваги перед схемою 2n-prefetch, реалізованою в DDR, очевидні. З одного боку, для досягнення рівної пікової пропускної спроможності можна використовувати удвічі меншу внутрішню частоту мікросхем пам'яті (200 Мгц для DDR-400 і всього 100 Мгц для DDR2-400, що дозволяє значно понизити енергоспоживання). З іншого боку, при рівній внутрішній частоті функціонування мікросхем DDR і DDR2 (200 Мгц як для DDR-400, так і DDR2-800) останні характеризуватимуться удвічі більшою теоретичною пропускною спроможністю. Але очевидні і недоліки - функціонування мікросхем DDR2 на удвічі меншій частоті (в умовах рівності теоретичної пропускної спроможності пристроїв DDR і DDR2) і використання складнішої схеми перетворення «4-1» приводить до відчутного зростання затримок, що і спостерігалося на практиці в ході дослідження перших зразків модулів пам'яті DDR2.

Подальший розвиток технології пам'яті DDR2 з'явився істотно аналогічним розвитку її попереднього покоління, пам'яті DDR. А саме, були досягнуті частоти в 333 і 400 Мгц (тобто реалізовані офіційні стандарти DDR2-667 і DDR2-800). Були значно понижені затримки, навіть офіційно з'явилася нова версія стандарту JEDEC (Jesd79-2b), що допускає зниження схеми таймінгів від 4-4-4 до 3-3-3, - для DDR2-533, від 5-5-5 до 4-4-4 - для DDR2-667, від 6-6-6 до 5-5-5 і навіть 4-4-4 - для DDR2-800. Звичайно ж, услід з'явилися і «нестандартні» різновиди DDR2, що по своїй частоті виходять далеко за межі специфікації JEDEC - аж до 625 Мгц («DDR2-1250») при схемі таймінгів 5-5-5, або «стандартні» DDR2-800, але з екстремально низькими схемами таймінгів на зразок 3-3-3. Як і раніше, для досягнення таких рекордів було потрібно значне підняття живлячої напруги модулів із стандартного рівня 1.8 В до екстремально високих рівнів порядка 2.4 В (що зовсім трохи поступається стандартному значенню попереднього покоління пам'яті DDR - 2.5 В). Зрозуміло, це потребувало застосування складніших способів відведення тепла від мікросхем пам'яті - як оригінальних, патентованих фірмових конструкцій тепловідводів, так і застосування зовнішнього активного охолоджування.

Проте, як і у випадку з минулим поколінням пам'яті DDR, на сьогоднішній день межа технології пам'яті DDR2 (по частоті, затримках і значно збільшеному тепловиділенню внаслідок значного збільшення живлячої напруги) практично досягнута. Тому вже сьогодні цілком закономірно чекати черговий «еволюційний стрибок» технології пам'яті DDR SDRAM - перехід від пам'яті стандарту DDR2 до нового стандарту DDR3.

Мал. 3. Схематичне зображення передачі даних в мікросхемі пам'яті DDR3-1600

Неважко здогадатися, що основний принцип, який лежить в основі переходу від DDR2 до DDR3, в точності повторює розглянуту вище ідею, закладену при переході від DDR до DDR2. А саме, DDR3 - це все та ж DDR SDRAM, тобто передача даних як і раніше здійснюється по обох напівперіодах синхросигнала на подвоєній «ефективній» частоті щодо власної частоти шини пам'яті. Тільки рейтинги продуктивності зросли в 2 рази, в порівнянні з DDR2 - типовими швидкісними категоріями пам'яті нового стандарту DDR3 будуть різновиди від DDR3-800 до DDR3-1600 (а можливо, і вище). Чергове збільшення теоретичної пропускної спроможності компонентів пам'яті в 2 рази знов пов'язане із зниженням їх внутрішньої частоти функціонування в стільки ж раз. Тому відтепер, для досягнення темпу передачі даних із швидкістю 1 біт/такт по кожній лінії зовнішньої шини даних з «ефективною» частотою в 1600 Мгц (як в прикладі, розглянутому на мал. 3 використовувані мікросхеми 200 Мгц повинні передавати по 8 біт даних за кожен такт. Тобто ширина внутрішньої шини даних мікросхем пам'яті опиниться вже в 8 разів більше в порівнянні з шириною їх зовнішньої шини. Очевидно, така схема передачі даних з розглянутим перетворенням типу «8-1» називатиметься схемою «8n-передвибірки» (8n-prefetch). Переваги при переході від DDR2 до DDR3 будуть тими ж, що і при переході, що відбувся раніше, від DDR до DDR2: з одного боку, це зниження енергоспоживання компонентів в умовах рівності їх пікової пропускної спроможності (DDR3-800 проти DDR2-800), з іншого боку - можливість подальшого нарощування тактової частоти і теоретичної пропускної спроможності при збереженні колишнього рівня «внутрішньої» частоти компонентів (DDR3-1600 проти DDR2-800). Тими ж будуть і недоліки - подальший розрив між «внутрішньою» і «зовнішньою» частотою шин компонентів пам'яті приводитиме до ще більших затримок. Відносне збільшення останніх, при переході від DDR2 до рівночастотної DDR3, буде приблизно таким же, як і при переході від DDR до рівночастотної DDR2.

Що ж, перейдемо до дещо детальнішого розгляду нового покоління мікросхем і модулів пам'яті DDR3, що прийшли на зміну DDR2.

Стандарт DDR3 на сьогоднішній день ще не прийнятий JEDEC, його ухвалення очікується ближче до середини поточного року (імовірно, він носитиме ім'я Jesd79-3). Тому представлена нижче інформація про мікросхеми і модулі пам'яті DDR3 поки що носить попередній характер.

Почнемо з мікросхем пам'яті DDR3, перші прототипи яких були оголошені ще в 2005 році. Доступні сьогодні зразки мікросхем DDR3 засновані на 90-нм технологічному процесі і характеризуються рівнем живлячої напруги 1.5 В, що само по собі вносить приблизно 30% внесок в зниження потужності, що розсіюється цими мікросхемами пам'яті в порівнянні з мікросхемами DDR2 (що мають стандартну напругу живлення 1.8 В). Повне зниження енергоспоживання в порівнянні з рівночастотної DDR2 досягає приблизно 40%, що особливо важливе для мобільних систем. Ємкості компонентів, передбачені попередніми специфікаціями JEDEC, варіюються від 512 Мбіт до 8 Гбіт, тоді як типові мікросхеми, що випускаються на сьогодні, мають ємкість від 1 до 4 Гбіт. Теоретична пропускна спроможність мікросхем DDR3 удвічі вище в порівнянні з DDR2 завдяки використанню розглянутої вище схеми 8n-prefetch (проти 4n-prefetch в DDR2). Кількість логічних банків в мікросхемах DDR3 також збільшена удвічі в порівнянні з типовим значенням для DDR2 (4 банки) і складає 8 банків, що теоретично дозволяє збільшити «паралелізм» при зверненні до даних по схемі чергування логічних банків і приховати затримки, пов'язані із зверненням до одного і того ж рядка пам'яті. Мікросхеми DDR3 монтуються в FBGA-упаковку, що володіє рядом покращень в порівнянні з DDR2, а саме:

•Великою кількістю контактів живлення і заземлення;

•Вдосконаленим розподілом живлячих і сигнальних контактів, що дозволяє досягти кращої якості електричного сигналу (необхідне для стійкішого функціонування при високих частотах);

•Повним заповненням масиву, що збільшує механічну міцність компоненту.

Перейдемо до розгляду модулів пам'яті DDR3. Як і модулі пам'яті DDR2, вони випускаються у вигляді 240-контактної друкарської плати (по 120 контактів з кожного боку модуля), проте не є електрично сумісними з останніми, і з цієї причини мають інше розташування «ключа» (див. мал. 5а).

Мал. 5а. Зовнішній вигляд типових модулів пам'яті DDR3 (зверху) і DDR2 (знизу)

Мал. 5б. Зовнішній вигляд типових роз'ємів на системній платі (комбо) для установки модулів пам'яті DDR3 (голубий/рожевий) і DDR2 (зелений/оранжевий)

Відмінною особливістю дизайну схемотехніки модулів пам'яті DDR3 є застосування fly-by архітектури передачі адрес і команд, а також сигналів управління і тактової частоти окремих мікросхем модуля пам'яті. Схематично ця архітектура представлена на мал. 6. Вона дозволяє добитися збільшення якості передачі сигналів, що необхідне при функціонуванні компонентів при високих частотах, типових для пам'яті DDR3 і не потрібний для компонентів пам'яті стандарту DDR2.

Мал. 6. fly-by архітектура передачі сигналів в модулях пам'яті DDR3

Відмінність між способом передачі адрес і команд, сигналів управління і тактової частоти в модулях пам'яті DDR2 і DDR3 (на прикладі модулів, фізичний банк яких складений з 8 мікросхем розрядністю x8) представлено на мал. 7. У модулях пам'яті DDR2 подача адрес і команд здійснюється паралельно на всі мікросхеми модуля, у зв'язку з чим, наприклад, при зчитуванні даних, всі вісім 8-бітних елементів даних виявляться доступними в один і той же момент часу (після подачі відповідних команд і закінчення відповідних затримок) і контролер пам'яті зможе одночасно прочитати всі 64 біти даних. В той же час, в модулях пам'яті DDR3 внаслідок застосування fly-by архітектури подачі адрес і команд кожна з мікросхем модуля отримує команди і адреси з певним відставанням щодо попередньої мікросхеми, тому елементи даних, відповідні певній мікросхемі, також виявляться доступними з деяким відставанням щодо елементів даних, відповідних попередній мікросхемі в ряду, що становить фізичний банк модуля пам'яті. У зв'язку з цим, з метою мінімізації затримок, в модулях пам'яті DDR3, в порівнянні з модулями DDR2, реалізований декілька інший підхід до взаємодії контролера пам'яті з шиною даних модуля пам'яті. Він називається «регулюванням рівня зчитування/запису» (read/write leveling) і дозволяє контролеру пам'яті використовувати певний зсув за часом при прийомі/передачі даних, відповідне «запізнюванню» надходження адрес і команд (а отже, і даних) в певну мікросхему модуля. Цим досягається одночасність зчитування (запису) даних з мікросхем (у мікросхеми) модуля пам'яті.

Мал. 7. Регулювання рівня зчитування/запису (read/write leveling) в модулях пам'яті DDR3

На закінчення, розглянемо швидкісні характеристики передбачуваних специфікацій модулів пам'яті DDR3, які представлені в таблиці 2.

Тип модулів	Рейтинг	Частота шини, МГц	Типова схема таймінгів	Теоретична пропускна спроможність, Гб/с
				Одно-канальний режим	Дво-канальний режим
DDR3-800	PC3-6400	400	6-6-6-18	6.40	12.80
DDR3-1066	PC3-8500	533	7-7-7-21	8.53	17.07
DDR3-1333	PC3-10667	667	8-8-8-24	10.67	21.33
DDR3-1600	PC3-12800	800	9-9-9-27	12.80	25.60
DDR3-1866	PC3-14900	933	10-10-10-30	14.93	29.87

Табл. 2. Швидкісні характеристики модулів пам'яті DDR3

Рейтинг продуктивності модулів пам'яті DDR3 має значення виду «Pc3-x», де X означає пропускну спроможність модуля в одноканальному режимі, виражену в МБ/С. Оскільки модулі пам'яті DDR3 мають ту ж розрядність, що і модулі пам'яті DDR2 - 64 біта, чисельні значення рейтингів рівночастотних модулів пам'яті DDR2 і DDR3 співпадають (наприклад, Pc2-6400 для DDR2-800 і Pc3-6400 для DDR3-800).

Характеристики

Список файлов реферата