Direct Rambus™ DRAM — это высокоскоростная динамическая память

Direct Rambus™ DRAM — это высокоскоростная динамическая память с произвольным доступом, разработанная Rambus, Inc. Она обеспечивает высокую пропускную способность по сравнению с большинством других DRAM. Direct Rambus DRAMs представляет интегрированную на системном уровне технологию. Работа Direct RDRAMtm определяется требованиями подсистемы Direct Rambus. Для понимания деталей спецификации Direct Rambus DRAM необходимо понять подсистему памяти Rambus в целом. Direct Rambus позволяет достичь очень больших скоростей передачи данных: до 1. 6 Гбайт/с на один канал и до 6. 4 Гбайт/с. Физические, электрические и логические принципы и согласования, применяемые в системе должны строго выполняться всеми производителями для соблюдения абсолютной совместимости ее частей, так как данная память работает на очень большой частоте: 300/350/400 MГц.

Физические, электрические и логические части всех этих компонентовопределены и специфицированы Rambus, Inc. За счет использования обоих границ сигнала достигается частота работы памяти в 800 МГц. Это требуется для совместимости и высокоскоростной работы подсистемы Direct Rambus. Рассмотрим же поподробнее каждый из компонентов данной системы Direct Rambus Controller Direct Rambus Channel Rambus Interface Direct Rambus Connector Direct Rambus RIMM Memory Expansion Direct Rambus DRAM

Direct Rambus Controller Контроллер Direct Rambus — это главная шина подсистемы памяти. Он помещается на чипе логики, таком, как PC-чипсет, микропроцессор, графический контроллер или ASIC. Физически можно поместить до четырех Direct Rambus-контроллеров на одном чипе логики. Контроллер представляет собой интерфейс между чипом логики и каналом Direct Rambus. В его обязанности входит генерирование запросов, управление потоком данных и еще ряд функций. Direct Rambus-контроллер состоит из двух отдельных функциональных блоков: Rambus Application Specific Integrated Circuit Cell (RAC) и контроллера Rambus. Роль RAC — обеспечить физический и электрический интерфейс контроллера с внешней шиной, а 8 -разрядный контроллер Rambus служит ядром 16 -разрядного контроллера Direct Rambus. Шина Direct Rambus Channel соединяет чипы памяти друг с другом и модули RIMM с контроллером. Она состоит из трех независимых шин: 16 разрядной шины данных и двух шин адреса (отдельно для строк и для столбцов) общей “шириной” 8 битов.

Direct Rambus Channel создает электрическое соединение между Rambus-контроллером и чипами Direct RDRAM. Работа канала основана на 30 -ти сигналах, составляющих высокоскоростную шину. Эта шина работает на тактовой частоте 400 МГц и позволяет передавать данные на 800 МГц (данные передаются на обеих границах такта). Такая высокая частота достигается за счет использования некоторых технических приемов. Два канала данных (шириной в байт каждый) позволяют получить пиковую пропускную способность в 1, 6 Гбайт/с. Канал может быть выполнен на обычных системных платах и соответствует форм-фактору SDRAM.

Rambus Interface Интерфейс Rambus обеспечивает взаимодействие с контроллером, и ядро, содержащее 16 банков. К каждому из банков подключено по два усилителя, объединяемые двумя внутренними шинами. Чтобы обеспечить нормальное функционирование системы с сигналами, измеряемыми долями наносекунд (1, 25 нс), была разработана специальная топология шины модуля памяти. Этот модуль назвали RIMM — Rambus In-line Memory Module. Его особенность — одинаковая длина всех сигнальных дорожек; благодаря этому ко всем чипам RDRAM модуля сигналы приходят одновременно. Дело в том, что при работе на частоте 800 МГц величина RIMM становится соизмерима с длиной волны, что очень ужесточает требования к расположению элементов на модуле. Четкая работа на восьмикратной скорости достигается благодаря целому комплексу мер: малой амплитуде сигналов (Rambus Signaling Logic с 0, 8 В); хорошо продуманной топологии шины; плотной установке микросхем на модуле; установке терминаторов на концах дорожек, чтобы гасить отражение. Применение нескольких распространяющихся в противофазе тактовых импульсов сводит к минимуму влияние помех. Специальная ИС тактирования микросхем (RCG — Direct Rambus Clock Generator) дает возможность согласовать направление распространения данных по шине с направлением распространения тактовых импульсов. Это позволяет надежно считывать информацию из чипа RDRAM независимо от того, насколько они удалены от контроллера

Direct Rambus Connector Разъем Direct Rambus представляет низкоиндуктивный интерфейс между каналом на модуле RIMM и каналом на материнской плате. Connector — разъем со 168 контактами. Контакты размещены на двух сторонах модуля по 84 с каждой стороны.

Direct Rambus RIMM — это модуль памяти, который включает один или более Direct RDRAM-чипов и организует непрерывность канала. Канал входит в модуль на одном конце, проходит через все чипы DRAM и выходит на другом. По существу RIMM образует непрерывный канал на пути от одного разъема к другому. Недопустимо оставлять свободными разъемы, потому что это приведет к разрыву канала с терминатором, находящимся на системной плате в конце канала. Для решения этой проблемы разработаны модули только с каналом (чипы памяти отсутствуют). Они называются continuity modules и предназначены для заполнения свободных посадочных мест. Модули имеют 168 контактов. Модули RIMM поддерживают SPD, который используется на DIMM’ах SDRAM. В отличие от SDRAM DIMM, Direct Rambus может содержать любое целое число чипов Direct RDRAM (до максимально возможного). Direct Rambus RIMMs могут быть как односторонние, так и двухсторонние. Односторонние RIMM используют шестислойную плату и могут содержать от одного до восьми чипов Direct RDRAM. Двухсторонние RIMM используют восьмислойную плату и могут содержать до 16 -ти чипов Direct DRAM.

Memory Expansion Один канал Direct Rambus максимум может поддерживать 32 чипа Direct RDRAM. В материнской плате может использоваться до трех RIMM-модулей. Используя 64 -Мбит, 128 -Мбит и 256 -Мбит устройства, максимальная емкость памяти на канал достигает 256 Мбайт, 512 Мбайт и 1 Гбайт соответственно. Для поддержки целостности канала все свободные RIMM-слоты должны заполняться continuity-модулями. Чтобы расширить канал сверх 32 устройств, могут использоваться два чипа повторителя. С одним повторителем канал может поддерживать 64 устройства на 6 RIMM-модулях, а с двумя — 128 устройств на 12.

Direct Rambus DRAM Чипы Direct Rambus DRAM составляют часть подсистемы Rambus, запоминающую данные, это непосредственно носители информации. Все устройства в системе электрически расположены на канале между контроллером и терминатором. Устройства Direct Rambus могут только отвечать на запросы контроллера, который делает их шину подчиненной или отвечающей. На приведенном ниже рисунке приведена упрощенная схема структуры 64/72 разрядной ИС Direct Rambus RDRAM.

Можно выделить три основных отличия этой памяти от памяти предыдущих поколений: 1) увеличение тактовой частоты за счет сокращения разрядности шины; 2) одновременная передача номеров строки и столба ячейки; 3) увеличение количества банков для усиления параллелизма. Повышение тактовой частоты вызывает резкое усиление всевозможных помех. Это обстоятельство налагает чрезвычайно жесткие ограничения на топологию и качество изготовления печатных плат модулей микросхемы, что значительно усложняет технологию производства и себестоимость памяти. С другой стороны, уровень помех можно значительно понизить, если сократить количество проводников, т. е. уменьшить разрядность микросхемы. Второе преимущество RDRAM — одновременная передача номеров строки и столбца ячейки — при ближайшем рассмотрении оказывается вовсе не преимуществом, а конструктивной особенностью. Это не уменьшает латентности доступа к произвольной ячейке, т. к. латентность, в большей степени определяется скоростью ядра, а RDRAM функционирует на старом ядре. Большое количество банков позволяет (теоретически) достичь идеальной конвейеризации запросов к памяти. Для потоковых алгоритмов последовательной обработки памяти это хорошо, но во всех остальных случаях не покажет никакаких преимуществ. К тому же большой объем кэш-памяти современных процессоров позволяет обрабатывать подавляющее большинство запросов локально, вообще не обращаясь к основной памяти или просто откладывая это обращение. Производительность памяти реально ощущается лишь при обработке гигантских объемов данных. .

Перспективы

Следующие доводы говорят в пользу Rambus: Во-первых, можно отметить, что Rambus не является новой технологией. Фактически, он годами уже используется в Nintendo. Хотя можно декларировать, что очевидное положение первопроходца рынка ставит Rambus в критическую ситуацию, нельзя недооценивать мощь Интела. Во-вторых, даже если DDR SDRAM кажется супер быстрым решением сегодня, мы на пороге пересечения процессорами гигагерцового рубежа. И хоть он и удваивает частоту SDRAM, ограничения существующих технологий удерживают его от приближения к потенциалу Rambus. В третьих, практически все производители, входящие в консорциум AMI 2, лицензировали технологию Rambus. Это можно интерпретировать либо как необязывающую подпись, либо как желание действительно не упустить ничего

Указав достоинства, следует указать и недостатки 1)Во первых цена. Выпуск этой памяти был на много меньше чем ожидалось, что также повлияло на стоимость. Т. к. RDRAM является частной технологией, то каждая компания желающая производить такую память должна заплатить за это Rambus. Более того, из-за полностью нового дизайна RDRAM’а, ее производство требует полного переоснащения имеющихся производственных мощностей, что опять же влияет на конечную стоимость. 2) 2) CC лишком высокое время ожидания (latency). Узкая 16 -битная шина имеющая больший поток данных приводит к последовательной передачи команд. Из-за этого некоторые приложения, требовавшие быстрого доступа к небольшим порциям данных расположеных в разных местах в действительности снижают свою производительность при использовании в системе RDRAM. 3) RDRAM работает на экстремально высоких температурах. На таких, что первоначально проект предусматривал охлаждающую систему — представляете, вентилятор на памяти? ! Но поскольку естественно этот метод не выглядит жизнеспособным, требовался какой нибудь метод отвода тепла. И единственным таким способом оказался способ понижения вольтажа модуля, что и было сделано. Таким образом, только один чип на RIMM будет активно посылать данные в единицу времени. Пока один чип передает данные, другой находится в режиме ‘standby’, в котором ему значительно прохладнее. Потом падает напряжение на первом чипе и подается на второй, так они чередуются в работе. Радиаторы которые видны на RIMM на самом деле не радиаторы, а рассеиватели тепла, которые помогают распространять тепло от одного модуля до другого, увеличивая таким образом площадь охлаждения. К несчастью недостатком этого дизайна является то, что время выхода из режима ‘standby’ может составлять до 100 ns. Это снова влияет на время ожидание.