Doppelte Busrate

Hintergrund

In vielen Computersystemen ist heute die Speicherbandbreite ein Schlüsselfaktor für die Ermittlung der Gesamtsystemleistung. Die Bedeutung der Speicherbandbreite nimmt mit der Weiterentwicklung der Systeme stetig zu. Rambus hat eine Technik zur Verbesserung der Speichersystembandbreite entwickelt, bei der die Übertragungsraten der Datenpins des DRAM pro Pin gesteigert werden. DDR-SDRAMs (Double Data Rate) sind ein Beispiel für Speicherbauelemente, die die Übertragungsrate pro Pin verdoppeln, indem Daten bei jedem Taktzyklus an beiden Flanken und nicht nur an einer Flanke übertragen werden. Während eine derartige Steigerung der Übertragungsrate die Speicherbandbreite der Datenpins verbessern kann, kann die tatsächliche Systemleistung aufgrund mangelnder Adress-/Regelbandbreite, die die Datenübertragungseffizienz herabsetzen kann, unter Umständen nicht gesteigert werden. Um diesem Problem entgegenzuwirken, hat Rambus die doppelte Busratentechnologie entwickelt, eine Innovation, bei der sowohl die Adress-/Regelbandbreite als auch die Datenbandbreite gesteigert wird, sodass Speichersysteme bessere Leistungsniveaus erreichen können.

Was ist die doppelte Busratentechnologie?

In Abbildung 1 ist dargestellt, wie durch Steigerung der Datenübertragungsrate pro Pin bei einem DRAM die Speicherbandbreite erhöht werden kann. Im oberen Bereich von Abbildung 1 ist das zeitliche Verhältnis zwischen Adress- und Regelinformationen, die an den DRAM gesendet werden, und den Daten, die vom DRAM zurückgesendet werden, für einen einzelnen Speicherlesevorgang mit einer Burst-Länge von 4 dargestellt. Bei diesem Vorgang werden Adress- und Regelinformationen sowie Daten an einer Flanke jedes Taktzyklus übertragen, um eine Übertragung mit einfacher Datenrate zu erzielen. Im unteren Bereich von Abbildung 1 ist dargestellt, wie die Speicherbandbreite durch Anwendung der doppelten Busratentechnologie auf die Datenpins der DRAMs erhöht werden kann. Wie in der unteren Hälfte von Abbildung 1 dargestellt, ermöglicht die doppelte Busratentechnologie eine schnellere Datenübertragung, wodurch die Bandbreite erhöht wird, die ein DRAM bereitstellen kann.

In Abbildung 2 ist dargestellt, wie sich die Verdoppelung der Datenübertragung auf das Verhältnis zwischen den Adress-/Regelinformationen und den Daten für einen Lesevorgang auswirkt. In der unteren Hälfte von Abbildung 2 ist zu sehen, wie Vorgänge mit doppelten Datenraten verschachtelt werden können. Außerdem ist ein Problem dargestellt, das auftreten kann, wenn die Zeit, in der die Daten den Speicherbus belegen, kürzer ist als die Zeit, in der die Adress- und Regelinformationen den Bus belegen. In diesem Fall führt die mangelnde Adress-/Regelbandbreite zu "Blasen" bei der Datenübertragung auf dem Bus, was eine reduzierte Speicherbandbreite und Leistungseinbußen zur Folge hat.

Das in Abbildung 2 dargestellte Problem des Leistungsverlusts kann behoben werden, indem die doppelte Busratentechnologie auch auf die Adress- und Regelpins angewendet wird. In Abbildung 3 ist dargestellt, wie die doppelte Busratentechnologie verwendet wird, um die Adress-, Regel- und Datenbandbreite auszugleichen, wodurch die Probleme im Hinblick auf die mangelnde Adress- und Regelbandbreite behoben werden. Wie in der unteren Hälfte von Abbildung 3 dargestellt, wird die Bandbreite im Vergleich zu den in Abbildung 2 dargestellten verschachtelten Vorgängen um 50 % erhöht. Ein weiteres Beispiel für einen Fall, in dem eine gesteigerte Regelbandbreite hilfreich sein kann, sind Systeme, die eine Schreibmaskierung verwenden. In Systemen, die eine Schreibmaskierung verwenden, müssen für eine Erhöhung der an den Speicher übertragenen Daten mehr Maskierungsregelinformationen angegeben werden, um die Unterstützung für die Datenmaskierung bei Byte-Granularitäten aufrechtzuerhalten. Durch Ausgleichen der Adress-, Regel- und Datenübertragungsraten an dem Bus mithilfe der doppelten Busratentechnologie werden Leistungsverluste aufgrund mangelnder Adress- und Regelbandbreite, wie in Abbildung 2 dargestellt, behoben.

Wer profitiert davon?

Gruppen, die von der doppelten Busratentechnologie profitieren, sind beispielsweise folgende:

• Systemdesigner: Durch Ausgleichen der Adress-, Regel- und Datenbandbreite können Systemdesigner die höchsten Speicherbandbreiten in ihren Systemen erzielen. Dadurch wird wiederum die Anzahl von DRAMs reduziert, die erforderlich sind, um ein bestimmtes Niveau an Speicherleistung zu erzielen. Auf diese Weise können die Anzahl von Komponenten reduziert, die Anordnung der Systembauteile erleichtert, Routing-Probleme beseitigt und eine Wärmeabstrahlung verhindert werden.
• Systemintegratoren: Wie Systemdesigner profitieren auch Systemintegratoren von der reduzierten Komponentenanzahl, die erforderlich ist, um eine bestimmte Speicherbandbreite zu erreichen, was niedrigere Systemkosten und Systeme mit kleinerem Formfaktor zur Folge hat.