FDMA(Fully Differential Memory Architecture)

요약

Rambus의 FDMA(Fully Differential Memory Architecture)는 단일 종단 메모리 아키텍처에 비해 향상된 신호 무결성 및 잡음 내성을 제공합니다. 이 고품질 신호 전달 기술을 통해 초고속 데이터 전송을 실현하고 뛰어난 메모리 대역폭 성능을 유지할 수 있습니다.

FDMA는 Point-to-Point 토폴로지를 사용하여 C/A(명령/주소), CLK(클록) 및 DQ(데이터) 채널에 대한 완전 차등 신호 전달을 구현합니다. 이 토폴로지는 XDR™ 메모리 아키텍처에 사용되는 DQ 및 CLK 채널에 대한 고속 차등 신호 전달을 기반으로 합니다.

차등 신호 전달은 메모리 컨트롤러와 DRAM 구성 요소 간의 안정적인 통신을 제공하며, 기본적으로 SSO(simultaneous switching output) 및 누화로 인한 간섭 잡음을 줄입니다. 또한 동일한 데이터 전송 속도 또는 주파수에서 작동하는 단일 종단 시스템에서 생성될 수 있는 EMI를 감소시킵니다.

Rambus의 16X 데이터 전송 속도 기술과 함께 FDMA를 사용하면 800MHz 외부 클록으로 12.8Gbps의 신호 전달 속도에서 C/A 및 DQ 채널을 운용할 수 있습니다.

차등 신호 전달이란?

기존의 업계 표준 메모리 아키텍처에서는 신호 와이어의 전압을 다른 와이어의 기준 전압(일반적으로 접지)과 비교하는 단일 종단 신호 전달을 사용합니다. 즉, 전원 공급 장치 전압에서 측정된 전압이 마진 범위에 속하는 경우 신호는 "1"로 인식되고, 측정된 전압이 기준 전압의 마진 임계값 미만인 경우 신호는 "0"으로 인식됩니다. 단일 종단 신호 전달은 구현하기 간편하지만 오늘날의 전자 제품에 일반적인 저전압에서 잡음 내성이 제한적입니다. 또한 같은 복귀 라인을 공유하기 때문에 유도 결합에서 누화가 발생하기 쉽습니다. 고속 시스템에서 이러한 단점은 전체적으로 명백한 오류로 나타나며 이는 비트 오류 속도(BER)를 통해 확인할 수 있습니다.

차등 신호 전달에서는 각 신호에 두 개의 라인을 사용합니다. 따라서 필요한 로직 레벨에 따라 두 라인 중 하나에서 낮은 DC 전류를 사용하여 보완 신호가 전송됩니다. 전류는 각 라인의 저항기를 통해 전달되어 전압을 생성하며 수신기에서 전압 차이가 측정됩니다. 신호는 극성에 따라 "1" 또는 "0"으로 해석됩니다. 또한 비트가 "1"인지 "0"인지에 관계 없이 같은 양의 전류가 생성되기 때문에 전체 전류 변화량의 누적값에 따른 SSO(Simultaneous Switching Output) 잡음이 줄어듭니다.

차등 신호 전달의 장점은 송신기의 지정된 전압에 대해 수신기에서 두 배의 전압 차이(전류 루프 내 두 와이어 간의 전압 차이)가 측정된다는 것입니다. 이에 비해 단일 종단 신호 전달에서는 송신기와 수신기에서의 전압이 같습니다. 즉, 와이어 전압과 접지 전압 간의 차이가 0V입니다. 수신기에서의 전압이 두 배라는 것은 유효 전압 레벨 임계값의 두 배에 해당하는 잡음이 허용된다는 것을 의미합니다.

또한 차등 신호 전달은 내재된 공통 모드 잡음 제거로 인해 단일 종단 신호 전달에 비해 잡음 내성이 뛰어납니다. 인접한 쌍의 한 쪽 레그에 결합되는 전압 잡음은 다른 쪽 레그에도 결합될 수 있습니다. 하지만 수신기에서 두 신호 간의 차이가 측정되기 때문에 각 레그에 공통적인 잡음 성분이 효과적으로 상쇄됩니다.

차등 신호 쌍은 잡음에 둔감할 뿐만 아니라 단일 종단 신호에 비해 EMI가 적게 발생합니다. 이는 두 와이어의 신호 레벨 차이로 인해 서로 상쇄되어 누화 및 스퓨리어스 방사를 억제하는 반대 전자기장이 생성되기 때문입니다.

FDMA(Fully Differential Memory Architecture)란?

GDDR 및 DDR과 같은 기존의 업계 표준 메모리 아키텍처에서는 데이터 및 명령/주소에 단일 종단 신호 전달을 사용합니다. 그러나 메모리 속도가 증가하고 버스 폭을 확장하기 위해 PCB에 더 많은 트레이스가 추가됨에 따라 잡음 및 누화가 중요한 문제로 대두되었습니다.

Rambus에서는 Rambus XDR™ 메모리 아키텍처의 DQ 및 CLK 채널에 차등 신호 전달을 도입했습니다. C/A 라인에는 잡음 및 누화를 줄이기 위해 단일 종단 신호 전달을 그대로 유지했지만 DQ, CLK 및 C/A 라인의 차등 신호 전달을 활용한 16X 데이터 전송 속도 기술로 FDMA(Fully Differential Memory Architecture)를 실현하고 있습니다.

차등 신호 전달에서는 채널당 두 개의 와이어를 사용합니다. 반면, 단일 종단 시스템에서는 채널당 하나의 와이어와 모든 채널에서 공유되는 접지 와이어를 사용합니다. 차등 신호 전달은 다중 Gbps 데이터 전송 속도에서 탁월한 가치를 제공합니다. 단일 종단 시스템은 이러한 속도에서 유도 결합에 따른 누화 및 SSO와 같은 물리적 현상의 제약을 점점 많이 받게 됩니다. 또한 이러한 속도에서 차등 신호 전달은 단일 종단 기술보다 필요한 전력 및 접지 신호가 적습니다. Rambus XDR 메모리는 차등 데이터 신호 전달을 구현하지만 메인 메모리 및 그래픽 메모리 업계에서는 여전히 단일 종단 데이터 신호 전달을 사용하고 데이터 전송 속도도 최대 6Gbps에 불과합니다. 차등 신호 전달은 2선식 Point-to-Point C/A 인터페이스인 Rambus의 FlexLink™ C/A 인터페이스와 함께 사용되는 경우에 탁월한 성능이 더욱 빛을 발합니다.

사업 수익 향상 및 성능 상의 이점

• FDMA는 1TB/s(초당 테라바이트)가 넘는 메모리 대역폭에서 신속하게 성능을 향상시킬 수 있는 확장 가능한 아키텍처를 제공합니다.
• 보다 높은 데이터 전송 속도에서 FlexLink C/A 인터페이스와 함께 FDMA를 사용하면 많은 DRAM 장치를 처리하기 위해 와이어 및 패키지 핀 수를 추가하여 메모리 인터페이스를 늘리는 기존 시스템에 비해 실용적이고 경제적인 방법으로 메모리 대역폭을 신속하게 확장할 수 있습니다.
• FDMA는 공통 모드 잡음 제거를 강화하고 누화 및 EMI 감도를 저하시킵니다.
• FDMA는 메모리 시스템에서 생성되는 EMI를 저하시킵니다.
• FDMA는 XDR 아키텍처에 사용되는 DQ 및 CLK 채널에 대한 Rambus의 검증된 차등 신호 전달 아키텍처를 기반으로 합니다.

FDMA는 Rambus의 테라바이트 대역폭 이니셔티브를 통해 구현된 혁신 기술입니다. 테라바이트 대역폭 이니셔티브는 향후 메모리 아키텍처에서 요구되는 단일 SoC(System-on-Chip) 장치에 TB/s 메모리 대역폭을 제공할 수 있는 신호 전달 기술의 발전을 선도하고 있습니다.