使用正确的DDR SDRAM内存的重要性

选择正确的内存技术往往是最关键的决策实现最佳的系统性能。设计师继续添加更多的核心和功能出类拔萃;然而,提高性能,同时保持低功耗和硅足迹小仍然是一个至关重要的目标。DDR sdram,达利克简而言之,满足这些内存需求通过提供一个密集的、高性能、低功耗内存解决方案,在一个双列直插式内存模块(DIMM)或作为一个离散DRAM的解决方案。电平定义并开发了以下三个产品类别的标准来帮助设计师实现能力,性能,和区域需求的目标应用程序:

• 标准的DDR目标服务器、云计算、网络、笔记本电脑、桌面,和消费者应用程序,允许更广泛的channel-widths,更高的密度,不同的形状。DDR4已经自2013年以来最受欢迎的标准这一类;DDR5设备预计在不久的将来变得可用。
• 移动DDR目标移动和汽车领域,非常敏感区域和力量,提供窄channel-widths和低功耗操作几个州。今天的事实上的标准是LPDDR4 LPDDR5设备预计在不久的将来。
• 图形DDR目标数据密集型应用程序需要一个非常高的吞吐量,如graphics-related应用程序中,数据中心的加速度,和人工智能。图形DDR (GDDR)和高带宽内存(HBM)这一类的标准。

本文描述了不同的内存技术来帮助SoC设计人员选择正确的内存解决方案最适合他们的应用程序的需求。

DDR DRAM标准
上述三个DRAM类别使用相同的DRAM存储阵列,以电容器为基本存储元素。然而,每个类别提供独特的建筑特性最优满足目标需求的应用程序。这些功能包括数据速率和data-width定制,主机之间的连通性选项和达利克,电气规范,终止计划的I / o(输入/输出),DRAM的电源状态,可靠性特性,和更多。图1说明了电平DRAM的三类标准。

图1:电平定义了三类DRAM标准以适应各种应用程序的设计要求

标准的DDR
标准DDR DRAMs是无处不在的应用,如企业服务器、数据中心,笔记本电脑,台式机,和消费者应用程序,提供高的密度和性能。DDR4是最受欢迎的标准在这个类别,提供几个性能优于其前任——DDR3和DDR3L (DDR3的低功耗版本):

• 更高的数据速率,达到3200 mbps,相比DDR3操作2133 mbps
• 低工作电压(1.2 v,相比在DDR3L DDR3 1.5 v和1.35 v)
• 更高的性能(例如,银行集团),低功率(例如,数据总线反演)和更高的可靠性、可用性和可服务性(RAS)特性(例如,post-package修复和数据循环冗余校验)
• 更高的密度将增加个人DRAM模从4 gb大小8 gb和16 gb

在电平DDR5,积极开发,预计将增加操作的数据率高达4800 mbps的工作电压1.1 v。DDR5有几个新的建筑和RAS特性来处理这些高速有效地减少系统停机时间将内存错误。模块集成稳压器,更好的更新计划,一个架构针对更好的信道利用率,内部纠错码(ECC)后发展出,增加银行集团为更高性能和更高的容量在DDR5的一些关键特性。

移动DDR
标准DDR DRAM相比,移动DDR,也称为低功耗DDR (LPDDR)后发展出,有几个附加功能削减权力,这是一个关键要求移动/电池的应用,如平板电脑、手机、汽车系统,以及SSD卡片。LPDDR达利克可以运行速度比标准后发来实现高性能和低功耗状态提供帮助供电效率和延长电池寿命。

LPDDR DRAM渠道通常是16或32位宽,与标准的DDR DRAM频道,64位宽。与标准的DRAM代一样,每一次LPDDR标准生成目标更高的性能和更低的功率目标比它的前任,和没有两个LPDDR代是兼容的。

LPDDR4这一类,是最受欢迎的标准数据速率的能力高达4267 mbps的工作电压1.1 v。LPDDR4 DRAMs是典型的双通道设备,支持两个x16(16位宽)通道。每个通道是独立的,因此有自己的专用命令/地址(C / A)。双通道体系结构提供了灵活性,系统架构师而SoC主机连接到一个LPDDR4 DRAM。

LPDDR4X LPDDR4的变种,是相同的LPDDR4除了额外的电能节约了通过减少I / O电压(VDDQ)从1.1 V至0.6 V。LPDD4X设备还可以跑到4267 mbps。

接替LPDDR4/4X LPDDR5,预计将达到6400 mbps,正在开发,并积极在电平。LPDDR5达利克预计低功耗和可靠性提供了许多新特性,使它们适合移动和汽车应用。就是这样一个重要的低功耗特性延长电池寿命的“深度睡眠模式,预计将提供大量电能节约在闲置的条件。此外,还有一些新的建筑功能,允许LPDDR5达利克操作无缝地在这些高速比LPDDR4/4X较低工作电压。

图形DDR
两个不同的内存体系结构针对高吞吐量的应用程序,如图形卡和AI, GDDR HBM。

GDDR标准
GDDR DRAMs是专门为图形处理单元(gpu)和加速器。数据密集型系统,如图形卡,游戏机,和高性能计算包括汽车、人工智能和深度学习的几个GDDR DRAM设备常用的应用程序。GDDR标准- GDDR6/5/5X架构为点对点(P2P)标准,能够支持多达16 gbps。GDDR5达利克,总是作为离散DRAM解决方案,能够支持多达8 gbps,可以配置在×32模式或×16(翻盖)模式,这是发现在设备初始化。GDDR5X目标10到14 gbps的传输速率/销,GDDR5的近两倍。GDDR5X与GDDR5达利克之间的差异的关键是GDDR5X后发展出的预取16 n,而不是8 n。GDDR5X还使用每芯片190针,170针/芯片相比GDDR5。因此,GDDR5和GDDR5X标准需要不同的多氯联苯。GDDR6,最新GDDR标准,支持更高的数据速率,16 gbps,较低工作电压1.35 v, 1.5 v GDDR5相比。

HBM / HBM2标准
HBM gpu的另一个GDDR记忆和加速器。GDDR记忆与窄渠道目标更高的数据速率,提供所需的吞吐量,同时HBM记忆通过八个独立渠道解决同样的问题和更广泛的数据路径每通道(128 -位/通道)和运行在较低的速度大约gbps。出于这个原因,HBM记忆提供高吞吐量较低功率和面积大大小于GDDR记忆。HBM2今天在这一类,是最受欢迎的标准支持2.4 gbps数据率。

HBM2后发堆栈8 DRAM模,包括一个可选的基模,提供一个小硅足迹。模具通过TSV和micro-bumps互联。常见的密度包括4或8 gb / HBM2包。

除了支持更多的渠道,HBM2还提供了一些架构更改以提高性能和减少公共汽车交通拥堵。例如,HBM2“伪频道”模式,将每128位通道分为两半独立子信道的64位,共享通道的行和列分别命令公交车在执行命令。增加渠道的数量也会增加整体有效带宽,避免限制时间等参数tFAW激活更多的银行单位时间。其他功能支持的标准包括可选的ECC支持支持16个错误检测位/ 128位的数据。

HBM3有望在几年内投放市场,并提供更高的密度,更大的带宽(512 gb / s),低电压,低成本。

表1显示了一个高级的比较GDDR6 HBM2达利克:

表1:GDDR6和HBM2为系统架构师提供了独特的优势

总结
提供一个广泛的选择DRAM技术具有独特的特性和好处,电平定义和开发的三个主要类别的DDR标准:标准DDR,移动DDR和图形DDR。标准的DDR目标服务器、数据中心、网络笔记本电脑,桌面,和消费者应用程序,允许更广泛的channel-widths,更高的密度,不同的形状。移动DDR或LPDDR目标移动和汽车应用程序,这是非常敏感区域和力量,提供窄channel-widths和低功耗DRAM的几个州。图形DDR目标数据密集型应用程序要求非常高的吞吐量。电平GDDR和HBM定义为这两个图形DDR标准。SoC设计人员可以选择从各种各样的内存解决方案或标准来满足他们的目标应用程序的需求。选中的内存解决方案影响性能、功率和面积要求的SoC。

Synopsys对此的DesignWare内存接口IP解决方案silicon-proven phy和控制器支持最新的DDR LPDDR, HBM标准。Synopsys对此是一个活跃的电平工作组的成员,推动开发和采用的标准。Synopsys对此的存储器接口IP解决方案可以配置为满足soc的确切需求为范围广泛的应用程序包括人工智能、汽车、移动和云计算。