FlexPhase™-Timing-Korrekturen

Hintergrund

Fortschrittliche Speicherlösungen wie XDR™ von Rambus können mithilfe der FlexPhase™-Technologie höhere Signalraten pro Pin erzielen. In einem XDR-System antizipiert die FlexPhase-Technologie die Phasendifferenz zwischen Signalen auf verschiedenen Leiterbahnen und regelt die Übertragung von Datenbits, sodass die Daten die Speichereinheit mit einer bekannten Timing-Beziehung bezüglich der an die Speichereinheit gesendeten Befehls- und Adress-Signale erreichen. FlexPhase kann konventionelle DRAM-Architekturen auch durch Regelung der durch unterschiedlich lange Leiterbahnen bedingten Abweichungen der Signalausbreitungszeiten verbessern.

Durch Rambus mögliche Lösungen

FlexPhase erhöht die Datenübertragungsraten des Systems durch folgende Maßnahmen:

• Optimierung des Timings von I/O-Signalen, um die Timing-Spannen zu verbessern.
• Komplementierung von Fly-by-Befehls- und Address-Systemarchitekturen
• Vermeidung der Leiterbahn-Längenanpassung

Bei der FlexPhase-Technologie ist weder auf der Leiterplatte des Speichersystems noch innerhalb der Speichereinheiten eine Anpassung der Länge der Leiterbahnen erforderlich. Diese Vereinfachung des Systems erhöht die Flexibilität durch Senkung der Kosten für Platinen und Baugruppen. FlexPhase verbessert auch das gesamte System-Timing, indem es viele Timing-Offsets vermeidet, die durch dynamische Kompensation von Prozessabweichungen, Taktsignalverzögerungen auf dem Chip, Fehlanpassungen von Treiber und Empfänger und Auswirkung stehender Wellen bedingt sind.

Beim Entwurf von Speichersystemen sorgt die FlexPhase-Schaltungstechnologie für Flexibilität, Mühelosigkeit und Einsparungen.

In DRAM-Systemen können Daten und Impulse durch FlexPhase-Schaltungen abgestimmt werden. Mit FlexPhase-Schaltungen ist auch eine Feinabstimmung von Timing-Beziehungen zwischen Daten-, Befehls-, Adress- und Taktsignalen möglich. In konventionellen DRAM-Architekturen können mit FlexPhase-Schaltungen eingehende Signale am Controller entzerrt werden, um einen gewissen Ausgleich für die Ungewissheit bei den Ankunftszeiten von Signalen zu schaffen. Ferner kann mit FlexPhase-Schaltungen bewusst ein Timing-Versatz eingeführt werden: Die Daten werden mit einem „Vorversatz“ versehen, sodass Sie den DRAM-Baustein zeitgleich mit dem Befehls- und Adress-Signal oder mit dem Taktsignal erreichen. FlexPhase minimiert die systematischen Timing-Fehler in typischen Speichersystemen durch Korrektur von Sende- und Empfangsphasen-Offsets an jedem Pin oder jeder Pin-Gruppe.

In einer Fly-by-Architektur wird die für die Übertragung der Daten-, Impuls-, Befehls-, Adress- und Taktsignale zwischen Speicher-Controller und DRAM erforderliche Zeit in erster Linie von der Leiterbahnlänge zwischen Controller und DRAM-Bausteinen bestimmt, über die die Signale übertragen werden. In einem Fly-by-System erreichen die Befehls-, Adress- und Taktsignale die einzelnen DRAMs zu verschiedenen Zeitpunkten. Dadurch werden wiederum die Datensignale von jedem DRAM zu unterschiedlichen Zeitpunkten gesendet. Mit FlexPhase können diese Datensignale am Controller entzerrt werden. Dadurch werden der von der Fly-by-Architektur verursachte Offset sowie auch die normalen Timing-Offsets des Systems vermieden. Ebenso ist es wegen der unterschiedlichen Ankunftszeiten von Befehls-, Adress- und Taktsignalen an den DRAMs erforderlich, die Daten für Schreiboperationen an die Speicher vom Controller aus mit einem Vorversatz zu versehen. Dadurch wird der Unterschied in der Zeit auszugleichen, zu der die Speichereinheiten die geschriebenen Daten erwarten. FlexPhase ist in der Lage, diesen Vorversatz durchführen und dadurch die normalen Timing-Offsets im System zu eliminieren.

Mit anderen Worten, FlexPhase entspricht nicht den traditionellen Technologien für serielle Links, bei denen die Timing-Entzerrung mithilfe eines eingebetteten Takts durchgeführt wird. Derartige Entzerrungstechniken, die normalerweise zur Gewährleistung einer adäquaten Übergangsdichte für die Wiederherstellung des Takts von einer 8b/10b-Codierung abhängen, benötigen eine größere Chipfläche, verbrauchen mehr Strom, erhöhen die Latenz und büßen durch die 8b/10b-Codierung 20% der Bandbreite ein.

FlexPhase umfasst eine Timing-Charakterisierung innerhalb des System sowie einen Selbsttest, der aggressive Timing-Auflösungen in Hochleistungs-Speichersystemen ermöglicht. FlexPhase ist in den führenden XDR-Speichersystemen von Rambus enthalten und erlaubt Timing-Auflösungen von 2,5 ps bei Datenübertragungsraten von 3,2 GHz.

Die Wirkungsweise von FlexPhase™

Bei READ-Operationen wird in einem XDR-System von einem Speicher-Controller mit FlexPhase-Technologie die "Empfangs"-Phasendifferenz zwischen den gesendeten Steuersignalen und den von der Speichereinheit erhaltenen Daten ermittelt und gespeichert. Mithilfe der den einzelnen Speichereinheiten entsprechenden Phasendifferenzen werden dann die am Speicher-Controller zu verschiedenen Zeitpunkten ankommenden Datensignale entzerrt. Dies ermöglicht eine korrekte Wiederherstellung der Daten, auf die auf den Speichereinheiten zugegriffen wird.

Bei WRITE-Operationen wird ein ähnliches Verfahren angewendet. Für jede Speichereinheit wird eine "Sende"-Phasendifferenz ermittelt und im Controller gespeichert. Mithilfe dieser Sende-Phasendifferenzen wird dann der Timing-Versatz zwischen den Befehls- und Adress-Signalen und den an die Speichereinheit gesendeten Daten modifiziert (Vorversatz). Die folgende Abbildung zeigt ein Beispiel für einen Timing-Vorversatz mit FlexPhase in einer Fly-by-Speichersystemarchitektur.

Vorteile

Vorteile für Bausteine:
Bei Datenübertragungsraten im Gigahertz-Bereich trägt FlexPhase zur Kompensation der Abweichungen bei der Fertigung bei, die Zeitfenster und Leistung des Speichers negativ beeinflussen. Mit dem Ansatz von FlexPhase können Speichersysteme ohne die in Systemen mit CDR-Techniken (Clock and Data Recovery) üblichen negativen Auswirkungen auf Stromverbrauch, Fläche und Latenz im GHz-Bereich arbeiten. FlexPhase bietet auch verbesserte Testmöglichkeiten durch Verwendung von Phasen-Offsets für das Testen von Timing-Spannen in Hochgeschwindigkeits-Chip-Schnittstellen.

Vorteile für das System:
FlexPhase reduziert die Anforderungen für die Anpassung der Länge von Leiterbahnen auf Platinen durch Antizipierung und Kalibrierung der Signalphasen-Offsets, die durch verschiedene Leiterbahnlängen und Impedanzen hervorgerufen werden. Die FlexPhase-Timing-Korrekturen ermöglichen einfachere, kompaktere und kostengünstigere Speicher-Layouts. Die FlexPhase-Timing-Korrekturen stellen Test- und Charakterisierungsmöglichkeiten für wichtige Datensignale bereit und ermöglichen somit den Leistungstest von Hochgeschwindigkeits-Links.