全面差異記憶體結構（FDMA）

摘要

與單端記憶體結構比較，Rambus 的全面差異記憶體結構（FDMA）可提升訊號完整性和雜訊抗擾性。這項優質訊號交換技術可促使極高速的資料傳輸和卓越的記憶體頻寬效能。

FDMA 實行全面差異訊號交換 - 使用點到點拓撲 - 用於命令/位址（C/A）、時脈（CLK）和資料（DQ）信道。這項技術的建造基礎，是使用於 XDR™ 記憶體結構中 DQ 和 CLK 信道的高速差異訊號交換。

差異訊號交換為記憶體控制器和 DRAM 元件提供強大的通訊。其固有的功能可以減少源自即時交換輸出（SSO）和串音的干擾雜訊。此外，差異訊號交換可減少 EMI，這會在以相同資料速率或頻率運行的單端系統產生。

結合了 Rambus 的 16 倍資料速率技術，FDMA 可讓 C/A 和 DQ 信道在 800MHz 外部時脈以 12.8Gbps 的速度交換訊號。

甚麼是差異訊號交換？

傳統的業界標準記憶體結構使用單端訊號交換，而在訊號線路的電壓是與另一條線路的參考電壓（一般為地線）相比較。如果所測量的電壓（在空餘內）和電源電壓相同，則訊號被視為「1」；如果所測量的電壓低於參考電壓的空餘閾值，則被視為「0」。單端訊號容易實行，但在低電壓的典型現代電器中的雜訊抗擾性有限。由於共用相同的返回線路，其也容易受到來自感應耦合的串音影響。在高速系統中，這些弱點將形成明顯的錯誤，如位元錯誤比例（BER）所測量的一般。

每個訊號使用兩條線路的差異訊號交換。全面的訊號交換是使用一個小型 DC 電流，通過一條線路或另一條傳送的（取決於所需的邏輯水平）。電流通過個別電路上的電阻器以制造電壓，接收器將測量其中差異。取決於其極性，訊號將被解讀為「1」或「0」。即時交換輸出（SSO）雜訊（目前變化總數累積值的功能）也會減少，因為無論位元是「1」或「0」，都會產生相同數量的電流。

差異訊號交換的優點，是能夠在輸送機提供電壓，比接收器所測量的電壓差異多一倍（在電流環路中兩條線路的電壓差異）。這可媲美單端訊號，後者在輸送機和接收器顯示的是相同的電壓（電線和地線電壓的差異，稱為 0 V）。比接收器電壓多兩倍，意即接收器接收超過有效電壓水平閾值多兩倍的雜訊。

此外，與單端訊號交換比較之下，差異訊號交換因為其固有的一般模式雜訊抑制，而具備卓越的雜訊抗擾性。任何耦合到相鄰架腳其中一個腳的電壓雜訊，很可能會耦合到另一個腳。因為兩個訊號之間的差異是由接收器測量，因此各別架腳共同的雜訊元素會被有效地取消。

除了不容易受到雜訊的影響，差異訊號對可建立比單端訊號更少的 EMI。這是因為兩個線路中訊號水平的變化會制造相對的電磁場，後者將重疊并各自抵消，進而減少串音和低輻射。

甚麼是全面差異記憶體結構？

一般的產業標準記憶體結構（如 GDDR 和 DDR）在資料和命令/位址使用單端訊號。但是，隨著記憶體速度提高及在 PCB 增加了更多線路以擴展匯流排寬度，雜訊和串音成為了主要的挑戰。

Rambus 在 Rambus XDR™ 記憶體結構的 DQ 和 CKL 信道推介使用差異訊號交換。在 Rambus XDR 記憶體結構仍保留單端訊號以用於 C/A 線路，從而減少雜訊和串音。縱然如此，16 倍資料速率技術也受益自 DQ、CLK 和 C/A 線路中的差異訊號交換，進而衍生了全面差異記憶體結構（FDMA）。

差異訊號交換在每個信道使用兩個線路。相反的，單端系統在每個信道使用單一線路，并在所有信道使用共同的地線。差異訊號交換的優勢在多 Gbps 資料速率時的效能最佳。在這些速度之下，單端系統將越來越受到實際現象（如 SSO 和源自感應耦合的串音）的限制。況且，在這些資料速率時，差異訊號交換所需的功耗和地線訊號比單端技術少。Rambus XDR 記憶體實行差異資料訊號交換，而業界主要的記憶體和圖形仍然使用單端資料訊號交換，即使資料速率達 6Gbps。此外，配合 Rambus 的 FlexLink™ C/A （雙線路、點到點 C/A 介面）使用差異訊號交換，效能更出色。

商業和效能優勢

• FDMA 提供可擴展的結構，可迅速改善記憶體頻寬性能到達和超越 1TB/s（每秒 1 兆位元組）。
• 與增加線路和封裝腳位來增加記憶體介面寬度以應對更多 DRAM 裝置的選擇比較，在更高的資料速率和 FlexLink C/A 介面共同使用時FDMA，FDMA 可提供實際和具備成本效益的替代方法，快速擴展記憶體頻寬。
• FDMA 成功提高一般模式雜訊抑制并減少串音和 EMI 感受性。
• FDMA 能夠減少記憶體系統制造的 EMI。
• FDMA 建造於 Rambus 經過驗證、用於 XDR 結構中 DQ 和 CLK 信道的差異訊息交換架構。

FDMA 是 Rambus 兆位元組頻寬技術的研發成果。兆位元組頻寬技術推動未來記憶體結構所需的訊號交換技術，能夠以記憶體頻寬每秒 1 兆位元組的速度傳送到單一晶片系統（SoC）裝置。