バッファードモジュール

背景

メモリシステムの進化に伴い、メモリシステムバスが拡大し、端子単位の信号速度が高速化したため、メモリシステムの帯域幅がより高いレベルへと進んでいます。 制御装置の実装コスト、マザーボードのルーティングの複雑さ、およびシステム空間の制限によって、メモリバスの帯域幅の拡大がさらに困難になっています。このため、メモリシステムの端子単位の信号速度の向上に対する重要性が高まってきました。

従来のメモリシステム(パーソナルコンピュータやワークステーションなど)では一般的に、将来メモリ容量をアップグレードするため、複数のモジュールをサポートする必要があります。 従来のメモリバスは、1データバスワイヤごとに複数のデバイスをサポートすることができるマルチドロップトポロジを使うことによって、複数のモジュールをサポートしています。 しかし、マルチドロップトポロジはデータバスワイヤごとに複数のデバイスをサポートするため、メモリバスの容量負荷が増加します。 さらに、複数のメモリモジュールをサポートするメモリシステムの場合、バスワイヤの長さも長くなり、長くなったバスワイヤに関連する容量によって、メモリバスの容量負荷がさらに増大します。 容量負荷がこのように増大すると、信号の完全性が低下し、このようなメモリシステムの最大信号速度が制限されることになります。 端子単位の信号速度を上げるため、メモリバスの長さの短縮化とモジュール数の削減が図られる傾向にあります。 このような設計上の決定により、容量負荷の影響を最小限に抑えて信号速度を上げることはできますが、メモリ容量を縮小し、サポート対象のメモリアップグレード数を制限しなければなりません。

バッファードモジュールとは

バッファードモジュールを使用すると、メモリバス上の容量負荷が減少し、メモリバスの速度が向上します。 しかし、バスの長さやサポート対象のモジュールを制限する従来の方式とは異なり、バッファードモジュールでは、メモリモジュールの数を増やすことによって、大容量のメモリをサポートします。

バッファードメモリシステム以外のアーキテクチャ

DDR SDRAMおよびDDR2 SDRAMをサポートする従来のメモリシステムにおける容量負荷を図1に示します。 図1は、データバスワイヤに複数の容量負荷がかかる可能性があることを示しています。 各データバスワイヤは、メモリモジュールごとに最大2つの容量負荷をサポートすることができます(両面モジュールの場合は、モジュールの前面にあるDRAMから1つ、モジュールの背面にあるDRAMから1つ)。 メモリバスでサポートされるモジュールの数が増えるにつれて、バス上の潜在的な容量負荷も増加します。

バッファードメモリシステムのアーキテクチャ

一部のモジュールは、他のモジュールよりもメモリコントローラから物理的に遠い位置にあることを図2は示しています。 高速な信号速度の場合、メモリコントローラから離れた位置にあるモジュールは、コントローラのそばにあるモジュールよりも、アクセス遅延が大きくなります。 アクセス遅延におけるこのような違いが原因で、異なるモジュールにアクセスするバックツーバックメモリ参照で、メモリバス上に「バブル」が発生し、効率が下がることがあります。 効率を向上させるため、メモリ内の全モジュールのアクセス遅延が均一になるように、さまざまな期間の遅延が挿入されるように設計することができます。 これにより、バックツーバックのメモリ参照がパイプライン化され、メモリシステムの有効帯域幅を増大できます。

モジュールバッファは、クロックとデータの再生成を統合することもできます。 メモリバスを伝搬する距離が長くなるにつれて、信号は減衰します。また、信号の減衰が大きくなりすぎると、送信される情報が失われる危険があります。 モジュールバッファは、クロック信号とデータ信号の受信に最適な方式を提供し、これらの信号を元の信号レベルまで引き上げて、メモリバス上の信号の完全性を向上させます。

全てのモジュールの読み取り遅延を一致させることによる、有効帯域幅の向上

モジュールバッファを使用すると、モジュールバッファに接続されているバス(メモリバス)と、モジュール上のDRAMへのモジュールバッファに接続されているバス(モジュールバス)に対して複数のバス幅を使用できるようになります。 端子数を減らし、ルーティングの複雑さの軽減し、マザーボードのルーティング空間を節約するため、メモリバスはモジュールバスよりも幅が狭いことがあります。 このようなシステムでは、メモリバスの帯域幅をモジュールの帯域幅以上にする、つまりメモリバスをモジュールバス以上の周波数で動作させることをお勧めします。 帯域幅と動作周波数が異なる2本のバス間の情報のフローを管理するため、モジュールバッファは、シリアル-パラレル変換やパラレル-シリアル変換が効率的に実行できなければなりません。

だれが利益を得るか

モジュールバッファを使ってメモリバス上の容量負荷を軽減し、DRAMを電気的に分離することにより、バス速度を上げることが可能になり、メモリバスとモジュールバスの両方で、端子単位での信号速度の高速化とバスの帯域幅の拡張を実現できます。 これにより、バッファードモジュールは、以下のさまざまなグループに利益をもたらします。

  • エンドユーザ: メモリバスからDRAMを電気的に分離することによって、容量負荷が減少します。 容量負荷が減少するため、メモリバスとモジュールバスの両方でバス速度が高速になり、システム性能が向上します。 バッファードモジュールにより、高速なメモリバス速度で動作する大容量メモリシステムを構築することもできます。これは高性能なサーバを実現するために欠かせない組み合わせです。
  • 制御装置とボードの設計者: バッファードモジュールを使うことにより端子単位で高い転送速度が実現できるため、制御装置の設計者は、I/O端子数を減らすことができ、これにより、実装コスト、コンポーネント数、ルーティングエリア、およびルーティングの複雑さが軽減されます。
  • モジュールメーカ: モジュールバスが電気的にメモリバスから分離されるため、モジュールバスの長さを短くすることができます。 このようなバスはコネクタと交差する必要がなくなるため、モジュール上の信号の完全性が向上します。
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