Variable Burst-Länge

Hintergrund

DRAMs kommen in vielen verschiedenen Arten von IT-Systemen zum Einsatz. Wenn unterschiedliche Arten von IT-Systemen denselben DRAM verwenden können, kommen Größenvorteile zum Tragen, die sich aus amortisierten Design- und Herstellungskosten ergeben. Auch wenn Systeme in unterschiedlichen IT-Segmenten ähnliche Anforderungen an die DRAM-Merkmale stellen, hat doch jedes IT-Segment seine speziellen Anforderungen. Eine solche Anforderung ist die Burst-Länge, also die Datenmenge, die bei Lese- und Schreibvorgängen im Speicher übertragen wird. In einigen IT-Segmenten werden Speichersystemarchitekturen verwendet, die kürzere Burst-Längen benötigen, während andere mit längeren Bursts arbeiten. Eine Innovation, die den unterschiedlichsten Benutzern zugute kommt, ist die variable Burst-Länge im DRAM. Variable Burst-Länge bedeutet, dass IT-Systeme die verwendete Burst-Länge gemäß Systemanforderungen bestimmen können. Anfang der 1990er Jahre hat Rambus den ersten DRAM mit variabler Burst-Länge vorgestellt, mit dem Systemhersteller die Datenmenge pro Vorgang an die Bedürfnisse ihrer Systeme anpassen können. Dank der variablen Burst-Länge kann ein einzelner DRAM so gestaltet und hergestellt werden, dass er für mehrere Systemarchitekturen geeignet ist, wodurch die Kosten sinken und die Systemflexibilität steigt.

Flash-Speicher ist ebenfalls eine weit verbreitete Speichertechnologie, die in vielen IT-Systemen eingesetzt wird. Die variable Burst-Länge ist auch in einige Flash-Speichereinheiten mit übernommen worden. Die variable Burst-Länge funktioniert in Flash-Speichereinheiten ähnlich wie in DRAMs und bietet Systemen, die sich diese Funktion zunutze machen, ähnliche Vorteile.

Was ist eine variable Burst-Länge?

Wenn ein DRAM eine Speicherleseanforderung erhält, reagiert der DRAM mit dem Bereitstellen von Daten über die Speicherbusleitungen. Die Größe des Datenblocks, der als Reaktion auf die Anforderung übertragen wird, richtet sich nach der Burst-Länge des DRAM. In Abbildung 1 ist der Unterschied zwischen einer Burst-Länge von 4 und einer Burst-Länge von 8 dargestellt. In der Abbildung wird deutlich, dass ein DRAM mit einer Burst-Länge von 8 (wie in Abbildung 1 unten dargestellt) doppelt so viele Daten auf eine Leseanforderung zurückgibt wie ein DRAM mit einer Burst-Länge von 4.

Wie Abbildung 1 zeigt, kann derselbe DRAM dank variabler Burst-Länge in verschiedenen Speichersystemen eingesetzt werden, bei denen unterschiedliche Datenmengen an und aus DRAMs übertragen werden müssen. Mit zwei Lesevorgängen nacheinander können DRAMs mit einer Burst-Länge von 4 zwar 8 Datenbit pro Leitung übertragen. Doch um die beiden Vorgänge zu initialisieren, ist die doppelte Adressierungs- und Regelbandbreite erforderlich. In Systemen mit eingeschränkter Adress-/Regelbandbreite ist es daher unter Umständen unmöglich, ausreichende Adress-/Regelbandbreite zur Verfügung zu stellen, um einen maximalen Datendurchsatz zu gewährleisten (siehe Informationen zur doppelten Busratentechnologie). Diesem Problem wird durch die variable Buslänge entgegengewirkt, da die zur Datenübertragung nötige Adress- und Regelbandbreite verringert wird.

In Abbildung 2 und 3 ist dargestellt, wie die variable Buslänge in zwei verschiedenen Speichersystemen eingesetzt werden kann, die dieselben DRAM-Bausteine verwenden. Das Computersystem in Abbildung 2 umfasst CPU, Speicher-Controller sowie auch Speicher, der sich in diesem Fall auf Speichermodulen befindet. Dieses System entspricht beispielsweise einem PC mit kleinem Formfaktor oder einem Low-End-PC. In diesem System ist der Datenabschnitt des Speicherbusses 64 Bit breit, und die CPU greift in 64-Byte-Blöcken auf die Daten zu, was u. U. der Cache-Leitungsgröße in einem internen Cache der CPU entspricht. Um die Effizienz im System zu optimieren, konfiguriert der Speicher-Controller die DRAMs mit einer Burst-Länge von 8, damit bei einer einzelnen Anforderung vom Speicher-Controller ein Datenblock von 64 Byte aus dem Speicher übertragen wird (8 x 64 Bit = 64 Byte).

In Abbildung 3 ist eine Architektur dargestellt, die einem High-End-PC, Blade oder Server entspricht. Das Speichersystem verfügt über einen 128-Bit-weiten Datenabschnitt des Speicherbusses. Dieses System verfügt zwar über doppelt so viele Datenleitungen wie das Speichersystem in Abbildung 2, doch beide Architekturen können dieselbe CPU mit denselben Anforderungen an die Datenblockgröße nutzen. So können CPU-Hersteller ein Prozessordesign für mehrere Märkte verwenden. Wenn die Burst-Länge in diesem System auf 8 gesetzt wird, antworten die Speichermodule auf eine einzelne Anforderung des Speicher-Controllers mit 128 Byte. Das ist mehr als die CPU benötigt, und somit wird Speicherbandbreite vergeudet. Da die Burst-Länge der Speichereinheiten jedoch flexibel auf 4 gesetzt werden kann (4 x 128 Bit = 64 Byte), gibt jede Speichereinheit nur die halbe Datenmenge aus, die bei einer Burst-Länge von 8 ausgegeben würde. Auf diese Weise kann der Speicher-Controller die Effizienz des Speichersystems maximieren, denn alle angeforderten Daten werden mit nur einer Anforderung abgerufen und es werden keine unnötigen Zusatzdaten generiert.

Durch die variable Burst-Länge können dieselben DRAM-Bausteine in mehreren Systemarchitekturen eingesetzt werden. Dadurch sind weniger DRAM-Bausteine und Modularchitekturen nötig. Durch die Verwendung derselben DRAM-Bausteine in mehreren Systemen sinken außerdem die Herstellungs- und Bestandskosten, was Systemherstellern und Verbrauchern gleichermaßen zugute kommt. Durch die Flexibilität der variablen Burst-Länge ist gewährleistet, dass Systeme die Burst-Längenwerte nutzen können, die ihren Anforderungen am ehesten entsprechen. Dadurch wird die Regelbandbreite verringert und sichergestellt, dass der Speicherbus effizient genutzt wird.

Wer profitiert davon?

Von der variablen Burst-Länge profitieren beispielsweise folgende Gruppen:

• Prozessordesigner: Dank der variablen Burst-Länge kann dasselbe DRAM- oder Flash-Speicherdesign in mehreren Speichersystemarchitekturen eingesetzt werden. So können Prozessordesigns auf mehreren Märkten verwendet werden, wodurch die Entwicklungskosten, die Herstellungskosten aufgrund von Größenvorteilen sowie die Bestandskosten sinken.
• Systemintegratoren. Systemintegratoren, die für mehrere Märkte arbeiten, müssen nur einen einzigen DRAM- bzw. Flash-Speichertyp qualifizieren und auf Lager haben, der in mehreren Produktlinien eingesetzt werden kann. Dadurch sinken die Bestandskosten.
• Speicherhersteller: Dank der variablen Burst-Länge können Speicherhersteller ein DRAM- bzw. Flash-Speicherdesign für mehrere Märkte nutzen. So entstehen ähnliche Kostenvorteile (niedrigere Entwicklungs-, Herstellungs- und Bestandskosten) wie für Prozessordesigner.