核心預取

背景

CPU 時脈速度和架構技術﹝如管線化和多線程﹞快速發展，使新一代電腦系統對記憶體系統頻寬的要求越來越高。隨著處理器與記憶體效能之間的差距逐漸拉大，下一代電腦系統受記憶體系統限制日益明顯，尤其是記憶體系統頻寬的限制。這一問題在二十世紀八十年代末期已經很明顯，到二十世紀九十年代已經變得尤為突出。

提供高記憶體頻寬是一個具有挑戰性的問題，而且高效能、高容量的限制使解決這一問題更加困難。提高記憶體系統頻寬的一種主要方法就是提高 DRAM 介面和存儲資料的 DRAM 核心之間的資料傳輸速率。二十世紀九十年代初，Rambus 發展的一項重要創新技術「核心預取」，實現了對資料傳輸速率的提高。核心預取降低了提供高頻寬的成本，並為進一步提高頻寬提供了餘欲空間。

什麼是核心預取？

增加 DRAM 頻寬的基本問題在於提高 DRAM 介面和 DRAM 核心之間的資料傳輸速率。一種方法是增加 DRAM 核心的頻率，使其與 DRAM 介面的頻率相匹配。但是，這樣會增加電路複雜性，增大晶片尺寸並提高 DRAM 的耗電量，從而導致製造成本升高和產量降低。核心預取採用不同的方法來解決這個問題，它允許 DRAM 核心在低於 DRAM 介面速率的情況下運作。為了匹配介面的頻寬，每個核心存取傳輸核心中的多個位元資料，以彌補傳輸速率的差異。透過這種方法，核心預取增加了 DRAM 頻寬，即使 DRAM 核心受到低速運作的限制。

圖 3 顯示，核心預取已經成為提高現代 DRAM 介面訊號傳輸速率方面廣泛採用的方法；它透過利用低速率、高效能的 DRAM 核心保持了這些產品的高容量可製造性。二十世紀九十年代初製造的第一代 Rambus DRAM 併入了 8n 核心預取，它允許介面以 DRAM 核心速率的 8 倍速度傳輸資料，從而使有效傳輸速率達到 500 MHz。XDR DRAM 將核心預取提高到 16n。最新一代同步 DRAM 沒有使用核心預取，從而使介面傳輸速率與核心傳輸速率相同。最近，其他類型的 DRAM﹝如 DDR 和 DDR2﹞併入了核心預取，以便在利用低速率核心的同時增加介面的頻寬。DDR DRAM 使用 2n 核心預取，而 DDR2 DRAM 使用 4n 核心預取。

誰是受益者？

透過降低成本實現高 DRAM 頻寬，核心預取使許多人從中受益，包括：

• DRAM 製造商：透過在低速率下運作核心來產生高效能，從而增加所製造 DRAM 的銷售量。
• 控制器設計師：使用較少的 DRAM 提供給定級別的頻寬，從而減少控制器腳位數並降低封裝成本。
• 系統整合商：提供給定級別頻寬的同時最小化 DRAM 的數量，從而降低材料成本並使某些系統的外型尺寸更小。
• 消費者：由於 DRAM 的高效能、低封裝成本和系統需要更少的 DRAM 數量，因此降低了系統成本。