Fly-By 명령 및 주소

배경

기존의 저속 DRAM 시스템에서는 클록, 명령 및 주소 신호를 시스템의 모든 DRAM에 거의 동시에 전파하는 토폴로지를 사용하여 여러 DRAM에 이러한 신호를 배포합니다. 이러한 시스템에서는 명령 및 주소 라인의 전파 지연 시 시간 왜곡이 발생하고 이를 통해 버스의 작동 주파수가 제한되어 결과적으로 고속 메모리 시스템의 성능에 영향을 주게 됩니다. 각 DRAM에서 발생하는 클록, 명령 및 주소 도달 시간의 왜곡이 작더라도 클록 주파수가 지속적으로 증가하기 때문에 이러한 왜곡은 중요한 문제로 발전하게 됩니다. 이러한 시스템에서 왜곡으로 인한 명령/주소(C/A) 버스의 주파수 제한은 안정적인 GHz 속도의 메모리 작동 성능을 유지하는 데 걸림돌이 됩니다.

아래 그림과 같이 메모리 컨트롤러와 메모리 장치 간의 플라이트 타임 변동성 또는 "플라이트 타임 왜곡"은 클록 주기가 짧은 고주파 시스템에서 중요한 요소가 될 수 있습니다. 플라이트 타임 왜곡은 사용 가능한 사이클 시간의 많은 부분을 소비하기 때문에 1GHz가 넘는 속도에서 작동할 때 안정적인 신호 설정을 유지하는 데 사용할 수 있는 시간이 부족하게 됩니다. 이 문제는 이중 데이터 전송 속도에서 작동할 때 더욱 심각합니다.

플라이트 타임 왜곡 문제를 해결하는 일반적인 해법으로, 명령 및 주소 신호를 전송하는 데 사용되는 신호 라인의 트레이스 길이를 일치시키는 방법이 있습니다. 트레이스 길이는 분기 토폴로지를 기반으로 하는 방법으로 일치시킬 수 있습니다. 분기 토폴로지에서는 아래 그림과 같이 명령, 주소 및 클록 신호 트레이스가 중앙 노드로 라우팅된 다음 중앙 노드에서 개별 DRAM으로 배포됩니다. DRAM과 보다 가까운 신호 배포 지점을 제공하면 트레이스 길이의 잠재적 변동성이 중앙 노드와 개별 DRAM 사이의 보다 짧은 경로로 제한됩니다.

또한 기존 DRAM 토폴로지의 성능은 용량성 부하로 인해 제한됩니다. 모듈에서 메모리 용량을 늘리기 위해 메모리 장치를 추가하면 C/A 라인의 용량성 부하가 증가하여 신호 전달 속도가 제한됩니다.

Rambus 솔루션

Rambus의 혁신적인 특허 기술은 Fly-by 아키텍처를 사용하여 위에 설명된 플라이트 시간 왜곡 문제와 용량성 부하 문제를 모두 해결합니다. Fly-by 아키텍처는 메모리 데이터 전송 속도를 저하시키지 않고 메모리 용량을 늘릴 수 있는 방법을 제공하기 위해 Rambus DRAM 시스템에 통합되었습니다. Fly-by 아키텍처는 시스템 전송 토폴로지를 최적화하고, 시간 왜곡을 허용하며, FlexPhase™ 회로 기술과 함께 모든 왜곡 문제를 관리할 수 있습니다. Fly-by를 사용하면 메모리 데이터 전송 속도를 저하시키지 않고 Point-to-Point 데이터 라인의 용량을 확장할 수 있습니다.

Fly-by 아키텍처에서는 클록, 주소 및 명령이 소스 동기식으로 DRAM에 전송됩니다. 위 그림과 같이 클록 신호는 주소 및 제어 정보와 함께 전파되므로 각 DRAM의 인터페이스에 이러한 신호가 함께 도달합니다. 그러나 이 토폴로지에서 해당 라인에 전파되는 신호 세트는 약간 다른 시간에 각 DRAM에 도달합니다. 그림에서 볼 수 있듯이 신호는 DRAM 1에 약간 먼저 도달한 다음 DRAM 2에 도달하는 식으로 전파됩니다. DRAM 인터페이스에 신호가 도달하는 시간이 순차적으로 구성되기 때문에 각 DRAM의 입력 용량과 신호가 부딪치는 시간도 마찬가지로 방식으로 구성되어 위에 설명된 용량성 부하가 감소합니다. 용량성 부하가 감소하면 신호 무결성이 향상되고 데이터 전송 속도가 빨라집니다.

메모리 컨트롤러의 데이터 신호에 FlexPhase 회로 기술을 적용하면 추가적인 데이터 전송 속도 증가를 실현할 수 있습니다. 제어 및 주소 신호가 DRAM에 도달하는 시간이 순차적으로 구성되기 때문에 이로 인해 개별 데이터 라인에서 DRAM에 수신되는 데이터 트래픽도 시간적으로 약간 왜곡됩니다. FlexPhase 회로는 이러한 들어오는 데이터 신호의 왜곡을 방지하는 데 사용됩니다. 또한 FlexPhase 회로를 사용하면 컨트롤러에서 DRAM으로 유입되는 데이터 신호의 기울기를 미리 조정하여 데이터가 명령 및 주소 신호와의 시간 관계를 고려하여 도달하도록 할 수 있습니다.

Fly-by 명령/주소 아키텍처에서는 라인의 임피던스를 다른 토폴로지보다 효율적으로 제어하기 위해 회로 보드에서 종료되는 라우팅 트레이스를 사용할 수 있습니다. 명령/주소 라인과 메모리 모듈의 각 DRAM 장치 간의 스텁 길이를 단축하면 임피던스 불일치를 더욱 개선할 수 있습니다. 이와 같이 신호 라인의 임피던스 특성이 향상되면 신호 반사 및 잡음이 줄어들어 보다 높은 주파수 신호를 전달할 수 있습니다.

보다 빠른 데이터 전송 속도를 제공하는 것 외에 Fly-by 접근 방법의 또 다른 장점으로는 관련 응용 프로그램에 대한 요구를 충족할 수 있도록 하나의 시스템에 여러 DRAM을 추가적으로 삽입할 수 있는 뛰어난 확장성을 들 수 있습니다. DRAM을 추가하면 Fly-by 아키텍처에서 명령/주소/클록 신호의 고속 데이터 전송 속도를 유지할 수 있습니다. 다른 토폴로지에서는 플라이트 타임 왜곡, 용량성 부하 및 임피던스 불일치로 인해 이러한 기능이 제한됩니다. 이러한 Fly-by가 아닌 토폴로지에서 DRAM을 추가하려면 명령/주소 라인의 신호 전달 속도를 낮춰야 하기 때문에 결과적으로 시스템 성능이 저하됩니다.

FlexPhase 회로 기술과 함께 Fly-by 아키텍처를 사용하면 FlexPhase 회로 기술을 통해 메모리 모듈에서 시간 변동을 관리할 수 있기 때문에 PCB 트레이스 길이 요구사항을 완화할 수 있습니다. Rambus에서는 Fly-by와 함께 사용되어 메모리를 업그레이드하는 동안 대역폭을 유지해 주는 DPP(Dynamic Point to Point) 기술도 개발했습니다.

이점

하위 시스템 이점:
Fly-by 아키텍처는 기존 접근 방법보다 훨씬 빠른 데이터 전송 속도가 필요한 하위 시스템을 지원합니다. Fly-by 아키텍처를 사용하면 PCB 트레이스 길이 요구사항을 완화하여 훨씬 간단하고 조밀한 메모리 하위 시스템 레이아웃을 설계할 수 있습니다.

시스템 이점:
Fly-by 아키텍처를 사용하면 GHz 데이터 전송 속도에서 DRAM 시스템을 운용할 수 있습니다. DRAM 시스템 성능이 뛰어나면 데스크톱, 노트북, 엔터프라이즈 서버 및 스토리지, HDTV, 게임 시스템, 휴대용 장치 등의 성능이 향상됩니다.