Fully Differential Memory Architecture (FDMA)

Résumé

La technologie FDMA (Fully Differential Memory Architecture) de Rambus améliore l'intégrité des signaux et renforce l'immunité au bruit par rapport aux architectures mémoire Single Ended. La technologie de signalisation de haute qualité permet une transmission des données à très haut débit et des performances de bande passante mémoire exceptionnelles.

La technologie FDMA permet d'utiliser la signalisation entièrement différentielle, en utilisant une topologie point-à-point, avec les liaisons de données (DQ), d'horloge (CLK) et de commande/adresse (C/A). Cette technologie se base sur la signalisation différentielle haut débit pour les liaisons DQ et CLK utilisées dans l'architecture mémoire XDR™.

Grâce à la signalisation différentielle, les communications entre le contrôleur mémoire et les composants de la DRAM sont parfaitement fiables. Elle réduit les interférences telles que la SSO (Simultaneous Switching Output) et la diaphonie. La signalisation différentielle réduit également les interférences électromagnétiques qui seraient générées dans un système Single Ended fonctionnant avec le même débit de données ou à la même fréquence.

Combinée à la technologie 16X Data Rate de Rambus, la technologie FDAM permet aux liaisons C/A et DQ de fonctionner à une vitesse de signalisation de 12,8 Gbits/s à une fréquence d'horloge externe de 800 MHz.

Qu'est-ce que la signalisation différentielle ?

Les architectures mémoire utilisées traditionnellement dans l'industrie utilisent la signalisation Single Ended, qui compare une tension sur le fil de signal à une tension de référence (généralement la masse) sur un autre fil. Si la tension mesurée est égale, à la marge autorisée près, à la tension d'alimentation, le signal est considéré comme un « 1 ». Si elle est inférieure à un seuil marginal de la tension de référence, le signal est considéré comme un « 0 ». La signalisation Single Ended est facile à mettre en œuvre, mais présente une mauvaise immunité au bruit aux faibles niveaux de tension caractéristiques des circuits électroniques modernes. Elle est également facilement affectée par la diaphonie provoquée par le couplage inductif dû au partage de la même ligne de retour. Dans les systèmes haut débit, ces inconvénients se manifestent de manière collective sous la forme d'erreurs mesurées par le taux d'erreur sur les bits (BER).

La signalisation différentielle utilise deux lignes pour chaque signal. Un signal complémentaire est transmis sur l'une des lignes, en fonction du niveau logique requis, par le biais d'un courant continu faible. Sur chaque ligne, le courant traverse une résistance afin de créer une tension et la différence est mesurée au niveau du récepteur. En fonction de la polarité, le signal est interprété comme un « 1 » ou un « 0 ». Le bruit SSO (Simultaneous Switching Output), une fonction de la valeur cumulée de la variation totale du courant, est également réduit, car la même quantité de courant est générée, que le bit soit égal à « 1 » ou à « 0 ».

L'avantage de la signalisation différentielle est que pour une tension donnée au niveau de l'émetteur, le double de la différence de tension est mesuré au niveau du récepteur (la différence de tension entre les deux fils de la boucle de courant). Ceci est à comparer à la signalisation Single Ended pour laquelle la tension au niveau de l'émetteur est la même que celle au niveau du récepteur (la différence entre la tension sur le fil et la masse, c'est-à-dire 0 V). Le fait que la tension au niveau du récepteur soit double implique qu'il faut deux fois plus de bruit pour dépasser le seuil de niveau de tension valide.

En outre, la signalisation différentielle présente une immunité au bruit supérieure à celle de la signalisation Single Ended grâce à son mode commun antibruit. Tout bruit de tension qui se couple dans une ligne d'une paire adjacente risque de se coupler dans l'autre ligne. La différence entre les deux signaux étant mesurée au niveau du récepteur, les composantes du bruit communes à chaque ligne s'annulent.

Non seulement les paires de signaux différentiels sont moins affectées par le bruit, mais elles créent aussi moins d'interférences électromagnétiques que les signaux Single Ended. Ceci est dû au fait que la variation du niveau du signal dans les deux fils créent des champs électromagnétiques opposés qui, en se superposant, s'annulent, réduisant ainsi la diaphonie et les émissions parasites.

Qu'est-ce que la technologie FDMA (Fully Differential Memory Architecture) ?

Les architectures mémoire utilisées traditionnellement dans l'industrie telles que les GDDR et les DDR utilisent la signalisation Single Ended pour les signaux de données et de commande/adresse. Cependant, les vitesses des mémoires ayant été accrues et des pistes ayant été ajoutées aux circuits imprimés afin d'obtenir des bus plus larges, le bruit et la diaphonie sont devenus des problèmes majeurs.

Rambus a introduit la signalisation différentielle pour les liaisons DQ et CLK dans l'architecture mémoire XDR™. La signalisation Single Ended a été conservée pour les lignes C/A dans l'architecture mémoire XDR de Rambus afin de réduire le bruit et la diaphonie. Toutefois, la technologie 16X Data Rate utilise la signalisation différentielle pour les lignes DQ, CLK et C/A, ce qui aboutit à l'architecture FDMA (Fully Differential Memory Architecture, Architecture mémoire entièrement différentielle).

La signalisation différentielle utilise deux fils par liaison, contrairement aux systèmes Single Ended qui utilisent un seul fil par liaison et une ligne de masse partagée entre toutes les liaisons. Les avantages de la signalisation différentielle sont optimaux à des débits de données de plusieurs gigabits par seconde. À de tels débits, les systèmes Single Ended sont extrêmement limités par des phénomènes physiques tels que le SSO et la diaphonie dus au couplage inductif. Par ailleurs, à ces débits, la signalisation différentielle nécessite des signaux de masse et de puissance plus faibles que dans les techniques Single Ended. La mémoire XDR Rambus utilise la signalisation différentielle des données, alors que dans l'industrie, la mémoire graphique et la mémoire principale se basent toujours sur la signalisation Single Ended des données, même à des débits de 6 Gbits/s. Le recours à la signalisation différentielle est d'autant plus intéressant lorsque celle-ci est utilisée conjointement avec l'interface FlexLink™ C/A de Rambus, une interface C/A point-à-point à deux fils.

Avantages commerciaux et en termes de performances

• La technologie FDMA offre une architecture évolutive qui permet une amélioration rapide de la bande passante mémoire pour atteindre des performances allant jusqu'au téraoctet par seconde, voire au delà.
• Aux débits de données les plus élevés, lorsqu'elle est utilisée conjointement avec l'interface FlexLink C/A, la technologie FDMA offre une alternative pratique et économique pour l'extension rapide de la bande passante mémoire, par rapport à la solution qui consiste à augmenter la largeur de l'interface mémoire à l'aide de fils et de broches supplémentaires pour adresser un plus grand nombre de DRAM.
• La technologie FDMA améliore le mode commun antibruit et réduit la sensibilité à la diaphonie et aux interférences électromagnétiques.
• Elle réduit également les interférences électromagnétiques générées par le système mémoire.
• La technologie FDMA est basée sur l'architecture de signalisation différentielle éprouvée de Rambus pour les liaisons DQ et CLK utilisée dans son architecture XDR.

La technologie FDMA a été développée dans le cadre de l'Initiative Largeur de bande d'un Téraoctet de Rambus. Cette initiative a pour objectif de développer les technologies de signalisation requises pour mettre au point des architectures mémoire capables de fournir une bande passante mémoire d'un téraoctet par seconde à un seul système monopuce (SoC)