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在DDR5时代提高内存性能:DDR培训模式的介绍

11月6日,2020年经过史蒂夫·阿拉尔

分析师预测,DDR5将在未来几年占据DRAM市场。如何校准DDR进行高峰记忆性能?

最近发布的Cadence Design Systems用于TSMC N5流程的DDR5和LPDDR5 DRAM内存标准的硅验证的IP

新的多标准IP针对数据中心,存储,人工智能/机器学习(AI / ML)和超高音计算等应用。支持DDR5和LPDDR5协议使新IP可以用于具有不同DRAM要求的产品中的单芯片解决方案。

Cadence的LPDDR PHY IP框图

Cadence的LPDDR PHY IP框图。使用的图像礼貌韵律

根据数据率高,DDR5的数据率高,预计将拥有2024年全球DRAM市场份额的大约43%。SK Hynix.。使DDR5现实高数据速率的关键技术之一是决策反馈均衡(DFE)

在本文中,我们将介绍另一种重要的技术,即DDR校准概念,可以实现此内存接口的最佳性能。

T-Branch拓扑

我们通常需要采用多个内存芯片来提高系统的内存容量。在这些情况下,布线策略可能对最终的内存性能产生重大影响。一个选项是下面显示的T分支连接。

DDR布局和路由的双T架构

DDR布局和路由的双T架构。图片礼貌Altium.

使用这种配置通常与DDR2芯片一起使用,CLK /命令/地址行被路由到中心点,然后从该中心节点分发到不同的DRAM芯片。这允许我们在与系统中的不同内存芯片通信时,为CLK /命令/地址行具有匹配的跟踪长度。

对于CLK /命令/地址信号具有几乎相同的传播延迟简化了设计过程。然而,T分支拓扑增加了这些信号线的电容负载。

拓扑

替代解决方案是与DDR3采用的飞拓和DDR技术的新一代。飞行拓扑在从控制器到DRAM芯片的时钟,命令和地址线路时包含菊花链结构。这是下面描绘的。

拓扑

飞行拓扑。图片礼貌Altium.

请注意,数据(DQ)和选通信号(DQS)在T-Branch连接的情况下以星形配置连接。通过飞行配置,我们可以更容易地处理增加的电容负载,因为不同DRAM芯片的信号的到达时间略有不同。

由于信号遇到DRAM芯片的输入电容略微不同,因此整体电容负载显示为对这些信号的分布式负载。因此,对于给定的系统存储器容量,有效地减少了电容负载,因此,提高了信号完整性和数据速率。

该技术的缺点是与具有较短点对点连接的数据和频闪信号相比,菊花链接的控制和地址信号更大的延迟。此外,控制和地址信号在不同时间到达不同的DRAM。在大于1 GHz的速度下,这些时间偏斜可以使其非常具有挑战性,以满足信号设置/保持时间要求。

要解决此问题,高带宽内存接口,如DDR4和DDR5,采用培训模式来测量PCB迹线的时间偏差。具有时间偏斜,控制器可以向从控制器驱动到DRAM的数据信号的适当延迟,使得数据到达关于命令和地址信号的良好定时关系。

这些培训模式之一是写入升级。

写练级

对于可靠的写入操作,选通信号(DQS)的边缘应在时钟边缘的预定义附近。通过旋转拓扑,与具有较短点对点连接的选通信号相比,菊花链的时钟信号更大的延迟。为了对齐这两个信号,DDR3和较新的DDR代数提供写入划分培训模式。

在这种模式下,在设备初始化期间发生这种模式,控制器不断向特定DRAM发送选通信号。当DRAM接收到选通信号时,它采样时钟信号并将其值返回到控制器上的数据总线上。

在写入调平的开始时,返回值为零,因为时钟信号遇到更大的延迟。控制器将越来越多地延迟DQS信号,直到控制器在数据总线上观察到从零到一个转换。此时,控制器将锁定此校准的延迟设置并将其用于将来写入操作。

当执行写入操作时,控制器将此延迟引入数据和频闪信号。该DE-Skew将使数据和控制信号到达DRAM输入,具有适当的定时。下图说明了写入调平训练模式。

描绘写入调平的前后效果的时序图

描绘写入调平的前后效果的时序图。图片礼貌恩智浦

请注意,不同的DRAM芯片之间时钟和DQ之间的偏斜不一样。因此,应该对系统中的每个DRAM执行写入级别。

培训DDR5的模式

DDR5支持几种不同的培训模式,对其高数据速率能力产生重大影响。除了上面讨论的写入级别之外,DDR5还包括新的读取前导序列训练模式,命令/地址训练模式和芯片选择训练模式。DDR5还具有新功能,可补偿无与伦比的DQ-DQS接收器架构,进一步实现更快的数据速率。

与DDR5读取训练相关联的数据模式包括默认可编程串行模式,简单的时钟图案和线性反馈移位寄存器(LFSR) - 生成的模式,其可以用于在处理DDR5高数据时具有更强大的时序距离费率。

1条评论
  • N
    纽洛伦贝特 2020年11月16日

    一篇好的文章,最重要的是,它是非常可访问的,作为刚刚在这个主题开始感兴趣的初学者,一切都可以访问,对我来说是可以理解的。谢谢你的东西,这很棒!

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