Новое динамическое ОЗУ позволяет исключить задержку построчного доступа

   
Новое динамическое ОЗУ позволяет исключить задержку построчного доступа

Динамические ОЗУ находят все более широкое применение,будь то память персональных компьютеров, графические динамические ОЗУ или динамические ОЗУ промышленноготипа. Для широкого круга пользователей различных модификаций этого вида устройств (обычно емкостью 1, 4 и 16Мб) сейчас появляется возможность применять встроенные динамические ОЗУ. Ожидается, что в будущем году вобласти оперативной памяти персональных компьютеров (в настоящее время статические-динамические ОЗУ типа РС100) произойдет переход к динамическим ОЗУ типа Direct Rambus (непосредственная шина памяти), а для новейшихвысокопроизводительных компьютеров — на статико-динамические ОЗУ (СДОЗУ) с прямой записью на диск. В областиграфических и мультимедиа статико-динамических ОЗУ ожидается замена статических графических ОЗУ на СДОЗУ спрямой записью на диск с 32-разрядным вводом/выводом. В качестве еще более быстродействующей альтернативыСДОЗУ с прямой записью на диск для новейших графических средств Fujitsu разработала схему, названнуюдинамическим ОЗУ с быстрым циклом (fast cycle drаm — Frcam) и имеющую цикл выборки длительностью 20 нс.Сотрудник Fujitsu Манфред Меттендорф объясняет преимущества этой новейшей составляющей расширяющейсяпромышленной серии динамических ОЗУ.

Новая архитектура сердечника

До настоящего момента высокое быстродействие динамических ОЗУдостигалось, в основном, за счет усовершенствования схемы интерфейса ввода/вывода. Например, сначалаархитектура динамического ОЗУ была преобразована из ОЗУ на стираемом оптическом диске в ОЗУ синхронноготипа, а затем, уже в рамках ОЗУ синхронного типа, начался осуществляемый в настоящее время переход от 66 к100 МГц.
    Ядро памяти, которое является центром всей работы, оставалось практически безизменений с середины 70-х годов, когда на рынке впервые появился основанный на страничном режиме 16Кпредшественник сегодняшних динамических ОЗУ. До настоящего времени все усилия в основном концентрировалисьна повышении скорости потока данных от интерфейса памяти к центральному процессору. Fcram предусматриваетполностью измененный подход к ядру.

Неадресная мультиплексирующая формула

Для указания адресов запоминающих ячеек, организованных в матрицу,существующие динамические ОЗУ используют адресную мультиплексирующую формулу, сначала формирующую адресастрок, а затем, спустя короткий промежуток времени — адреса столбцов.
    В Fcram адреса строк и столбцов формируются одновременно. Это уменьшает общее числоячеек, которые необходимо выбрать, что, в свою очередь, снижает емкостную нагрузку, возбуждаемую декодером.При этом обеспечиваются два преимущества.
    Уменьшение внутреннего зарядного и разрядного тока снижает потребление мощности.Кроме того, усовершенствование также позволяет исключить tRCD и tCAC, делая возможным кардинальное сокращениевремени декодирования.

Конвейерная обработка текстов

В то время как в существующих СДОЗУ конвейерная архитектураприменяется только для блока контроля адреса столбца, Fсram использует преимущества этой архитектуры и всхеме контроля строк. Она отделяет командную схему, защелку адреса и схему декодирования от линейной схемыуправления текстом. В пакетном режиме существующие высокоскоростные СДОЗУ, использующие конвейерную обработкус постолбцовым доступом, могут управлять пересылкой данных в каждом такте, но только до тех пор, пока небудет пересечена граница строки. Как только возникает необходимость формирования нового адреса строки, схемадолжна быть сброшена на ноль, а ячейки перезаряжены.
    Именно поэтому не удается существенным образом сократить длительность цикла выборкиtRC по сравнению с предыдущим поколением динамических ОЗУ. Оно все еще составляет около 70 нс.
    Это приводит к тому, что в реальных системах поддерживаемая ширина полосы может бытьмного меньше пиковой ширины, в особенности для крупномасштабных серверов и графических применений.
    Раньше смягчить проблему можно было, применяя кэш-память увеличенного объема, чтопозволяло использовать в системе ОЗУ с более низкими требованиями к ширине полосы. В будущем потенциальныевозможности пользователя при работе в режиме мультимедиа будут напрямую определяться шириной полосы ОЗУ.
    Для этого существует две причины. Во-первых, дальнейшее увеличение объема кэш-памятидаст лишь незначительные приемущества для аппаратуры, работающей с мультимедиа, например, аудио, видео итрехмерной графической аппаратуры. Во-вторых, данные часто являются транзитными, что затрудняет их успешноезапоминание в кэш-памяти.
    Fcram может работать с подобной аппаратурой благодаря использованной в нем схемеконвейерной обработки, связанной со схемой автоматического сброса/предварительной записи и с буфером данных.
    Конвейерная обработка позволяет встроить операцию сброса в рабочий цикл. В результатеFujitsu смогла обеспечить самый короткий цикл выборки в мире — 20 нс. Более того, при использованиистандартного динамического ОЗУ время доступа обычно меньше времени цикла, однако Fcram обеспечивает обратноесоотношение. То есть tRC < tRAC.

Высокоскоростная работа

СОЗУ, запоминающие данные в триггерных ячейках на 4 или 6транзисторах, имеют чрезвычайно малое время доступа благодаря малому времени ожидания ячейки. Времяединичного доступа для считывания обычно составляет 20–30 нс и менее 10 нс в пакетном режиме. Однако,относительно большой размер ячейки и высокое потребление мощности в ней — синхронное статическое ОЗУемкостью 2 Мб потребляет почти в два раза больше мощности, чем синхронное динамическое ОЗУ емкостью 16 Мб —ограничивает применение статических ОЗУ в качестве оперативной памяти.
    От адресов Fcram не требуется отличать строки от столбцов, поэтому можно заменятьлюбой адрес на любой другой адрес каждые 20 нс. Как по скорости, так и по функциональности Fcram ближе ксинхронным статическим ОЗУ, чем к динамическим ОЗУ.
    Используя однотранзисторные ячейки памяти, как в обычных динамических ОЗУ, можнополучить память высокой емкости, что было бы трудно осуществить в рамках технологии статических ОЗУ.
    На частоте 400 МГц длительность цикла выборки tRC составляет только 8 тактов, адлительность строчного доступа tRAC = 12 тактам (30 нc). При пакете длиной 8 тактов Fcram поддерживаетнепрерывный вывод данных на каждый цикл длительностью 20 нс даже с максимальным объемом выборочной адресации.Это эквивалентно ширине полосы 1,6 Гбайт с 32-разрядным вводом/выводом и 3,2 Гбайт с 64-разрядным вводом/выводом.
    Благодаря малой задержке доступа к банку (tRRD = 10 нс, что на 50% меньшеаналогичного параметра в существующих синхронных динамических ОЗУ) обеспечивается возможность скрыть 10 нсдлительности tRC. При чередовании банков время доступа к выборке сокращается до 10 нс. Время задержки междупоследним вводом данных и командой на считывание tRLD составляет 25 нс или пять тактов на частоте 200 МГц.
    Кремниевые схемы Fcram поддерживают пакеты длиной 2, 4 или 8 тактов на частотах 200,333 и 400 МГц. Однако применение 8-тактовых пакетов ограничено однобанковым доступом.

Применение Fcram

К типичным областям применения Fcram относятся графические имультимедиа средства, в которых высока доля операций по доступу к произвольным выборкам. Fujitsu утверждает,что размеры существующих графических динамических ОЗУ слишком велики. Fcram, будучи также хорошоприспосабливаемой к высокотехнологичным серверам, является прекрасной альтернативой обычным динамическимОЗУ для портативной и маломощной аппаратуры.
    Поскольку в Fcram во время доступа задействуется гораздо меньшая часть матрицы памяти,чем в обычном динамическом ОЗУ, Fcram потребляет гораздо меньше мощности. Более того, мощность, потребляемаяFcram, гораздо меньше мощности, потребляемой любым типом статических ОЗУ.

Чип Fcram

Схема первого поколения имеет емкость 64 Мб и организована в двабанка. Она имеет время доступа 26 нс и длительность цикла 20 нс. Ее рабочее напряжение составляет 3,3 В, иона использует цикл обновления 4 К / 64 мс. Длительность поддерживаемых пакетов данных составляет 1, 2, 4 и8 тактов.
    Технические образцы были изготовлены с использованием 0,24 мкм КМОП-технологии стрехуровневой металлизацией и в настоящее время выпущены на рынок. Выпуск схем второго поколения намечен наконец 1999 года. Устройства более высокой плотности планируется выпустить в 2000 году.

CIE, январь 1999 г.
Перевод В. Худыкиной






Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.