Erweiterte „FlexPhase™ Timing“-Korrekturen

Hintergrund

In modernen Speicherlösungen, so auch in der XDR™2-Speicherarchitektur von Rambus werden mithilfe der erweiterten FlexPhase™-Technologie im Betrieb höhere Signalübertragungsraten von mehr als 6,4 Gbps erreicht. Die erweiterte FlexPhase-Technologie antizipiert die Phasendifferenz zwischen Signalen auf verschiedenen Leiterbahnen und regelt die Übertragung von Datenbits, sodass die Daten von der Speichereinheit mit einer bekannten Timing-Beziehung bezüglich der an die Speichereinheit gesendeten Befehls- und Adress-Signale empfangen werden. Erweitertes FlexPhase kann auch konventionelle DRAM-Architekturen durch Regelung der durch unterschiedlich lange Leiterbahnen bedingten Abweichungen der Signalausbreitungszeiten verbessern.

Durch Rambus mögliche Lösungen

Erweitertes FlexPhase verbessert die Datenübertragungsraten des Systems durch Optimierung des Timings der I/O-Signale. Dadurch werden die Timing-Spannen verbessert und auch die Notwendigkeit der der Leiterbahnlängen-Anpassung in den Pfaden für Daten-, Befehls- und Adress-Signale entfällt. Erweitertes FlexPhase baut auf den Innovationen von FlexPhase auf und bietet zusätzlich:

• Innovative Schaltungen zur Verbesserung der Phasenlinearität und Verschärfung der Timing-Auflösung im Vergleich zu bisherigen FlexPhase-Techniken.
• Innovative Algorithmen für die Timing-Kalibrierung zur Optimierung der Phaseneinstellungen der Befehls- und Adress-Signale bei der Initialisierung im aktiven Betrieb.
• Methoden zur statistischen Messung der Bitfehlerrate (BER), die aufgrund ihrer hohen Empfindlichkeit alle deterministischen Jitter-Quellen (DJ) erfassen.
• Möglichkeit zur Messung der BER während der Beschreibung des Speichersystems

Bei der erweiterten FlexPhase-Technologie ist weder auf der Leiterplatte des Speichersystems noch innerhalb der Speichereinheiten eine Leiterbahnen-Längenanpassung erforderlich. Diese Vereinfachung des Systems ermöglicht eine höhere Flexibilität durch Senkung der Kosten für Board und Baugruppen. Das erweiterte 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 von stehenden Wellen bedingt sind. Das erweiterte FlexPhase bietet diese Vorteile bei Signalübertragungsraten von mehr als 6,4 Gbps. Die erweiterte FlexPhase-Schaltungstechnologie bringt Flexibilität, Einfachheit und Einsparungen für Speichersysteme und ermöglicht dabei extrem hohe Signalübertragungsgeschwindigkeiten.

Erweiterte FlexPhase-Schaltungen können auch zur Feineinstellung von Timing-Beziehungen zwischen Daten-, Befehls-, Adress- und Taktsignalen verwendet werden. In konventionellen DRAM-Architekturen können erweiterte FlexPhase-Schaltungen zum Entzerren der am Controller eingehenden Signale eingesetzt werden, um die ungewissen Ankunftszeiten von Signalen zu kompensieren. Ferner kann durch erweiterte 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 dem Taktsignal erreichen. Erweiterte FlexPhase-Schaltungen sind ebenfalls auf Punkt-zu-Punkt-Befehls- und Adress-Signale anwendbar. Erweitertes FlexPhase minimiert die systematischen Timing-Fehler in typischen Speichersystemen durch Korrektur von Sende- und Empfangsphasen-Offsets an jedem Pin oder jeder Pin-Gruppe.

Erweitertes FlexPhase bewirkt zusammen mit FlexLink™C/A, dass differenzielle Punkt-zu-Punkt-Befehls- und Adress-Signale in Bezug auf die Daten mit voller Geschwindigkeit übertragen werden. Erweitertes FlexPhase führt für Befehls- und Adress-Signale vom Controller einen Vorversatz durch, damit sie den DRAM-Baustein in Phase erreichen. Die Anpassung von Leiterbahnlängen für Befehls- und Adress-Signale ist nicht mehr erforderlich und systematische Timing-Fehler werden kompensiert. Die Optimierung von Phaseneinstellungen für die Befehls- und Adress-Signale ist insbesondere beim Systemstart wichtig, wenn die Betriebszustände von DRAM und Controller noch nicht vollständig initialisiert sind. Erweitertes FlexPhase beinhaltet Kalibrierungsalgorithmen, die die Übermittlung des Befehls- und Adress-Signals festlegen und die Suche nach dem optimalen Phasenwert beschleunigen. Im aktiven Betrieb kann erweitertes FlexPhase auch periodisch eine Feinabstimmung des Timings der Befehls- und Adress-Signale vornehmen, ohne den Betriebszustand der DRAMS zu beeinträchtigen.

Wie FlexPhase weicht auch erweitertes FlexPhase von den traditionellen Technologien für serielle Links ab, bei denen die Timing-Entzerrung mithilfe eines eingebetteten Taktsignals erfolgt. Derartige Entzerrungstechniken, die eine adäquate Übergangsdichte für die Wiederherstellung des Takts durch Codierungsschemen wie 8b/10b gewährleisten, benötigen eine größere Chipfläche, verbrauchen mehr Strom, erhöhen die Latenz und büßen durch die 8b/10b-Codierung 20% der Bandbreite ein.

Erweitertes FlexPhase beinhaltet die Timing-Charakterisierung im System und einen Selbsttest. Dies ermöglicht aggressive Timing-Auflösungen in Hochleistungs-Speichersystemen. Erweitertes FlexPhase ist im führenden XDR 2-Speichersystem von Rambus integriert und bietet Timing-Auflösungen von 1,25 ps bei Datenübertragungsraten von 6,4 Gbps. Ein derart hohes Niveau bei der Timing-Auflösung erfordert innovative Schaltungen für die Positionierung von Signalflanken mit einem linearen Bereich von programmierbaren Korrekturen. Erweitertes FlexPhase bietet einen kontinuierlichen Bereich von Timing-Korrekturen. Eine Präzisionsschaltung korrigiert den Timing-Wert von FlexPhase um einen Taktzyklus, während die Stufenbildungslogik Korrekturen über mehrere Taktzyklen liefert.

Funktionsweise des erweiterten FlexPhase™

Bei READ-Operationen wird in einem XDR 2-System von einem Speicher-Controller mit erweiterter 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).

Sowohl bei READ- als auch bei WRITE-Operationen führt erweitertes FlexPhase bei Verwendung in FlexLink C/A einen Vorversatz von vom Controller gesendeten Befehls- und Adress-Signalen durch, damit diese die entsprechende Speichereinheit in Phase erreichen. Wie Datenschaltungen sind erweiterte FlexPhase C/A-Schaltungen auf der Controller-Seite des Signalpfads implementiert, um die Kosten für die Speichereinheit und die Komplexität niedrig zu halten.

Erweiterte FlexPhase-Schaltungen können zur Messung der Bitfehlerrate (BER) mit Software zur Datenanalyse kombiniert werden. Durch hochpräzise Schaltungen zusammen mit einem innovativen Kalibrierungsalgorithmus wird die Datenübertragung bei verschiedenen Phasen-Offsets effektiv gemessen. Durch periodische Messung erlauben die erweiterten FlexPhase-Schaltungen dem Controller, Daten zur statistischen Ermittlung des BER mit Auflösungen zu erfassen, mit denen deterministische Jitter-Quellen, musterabhängige ISI (Intersymbol Interference), Tastverhältnis-Verzerrung, periodischer und Zufalls-Jitter festgehalten werden können.

Vorteile

Vorteile für Bausteine:

Bei Datenübertragungsraten von mehr als 6,4 Gbps trägt erweitertes FlexPhase zur Kompensation von Abweichungen bei der Fertigung bei, die Zeitfenster und Leistung des Speichers negativ beeinflussen. Mit der erweiterten FlexPhase-Technologie können Speichersysteme ohne die in Systemen mit CDR-Techniken (Clock and Data Recovery) üblichen negativen Auswirkungen auf Verbrauch, Fläche und Latenz mit derart hohen Datenübertragungsraten arbeiten. Erweitertes FlexPhase bietet auch verbesserte Testmöglichkeiten durch Verwendung von Phasen-Offsets für das Testen von Timing-Spannen von Hochgeschwindigkeits-Chip-Schnittstellen.

Vorteile für Systeme:

Die erweiterte FlexPhase-Technologie reduziert die erforderliche Anpassung der Länge von Leiterbahnen auf Platinen durch Antizipierung und Kalibrierung der durch unterschiedliche Leiterbahnlängen und Impedanzen hervorgerufenen Signalphasen-Offsets. Die erweiterten FlexPhase-Timing-Korrekturen ermöglichen einfachere, kompaktere und kostengünstigere Speicher-Layouts. Die erweiterten FlexPhase-Timing-Korrekturen stellen Test- und Charakterisierungsmöglichkeiten für wichtige Datensignale und für Befehls- und Adress-Signale bereit und ermöglichen somit den Leistungstest von Hochgeschwindigkeits-Links. Mit dem erweiterten FlexPhase können Designer die BER des Speicherkanals statistisch charakterisieren.