【DRAM存储器六】DRAM存储器的架构演进-part3

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参考书籍：《Memory Systems - Cache, DRAM, Disk》     

目录

以降低延时为目标的架构变化

VCDRAM

ESDRAM

MoSys 1T-SRAM

RLDRAM

FCDRAM

总结

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以降低延时为目标的架构变化

VCDRAM

        接下来的几种DRAM是通过降低延迟来提升吞吐量的，提升方式为提高电路速度或增加缓存。

        我们知道DRAM的访问速度是比不上SRAM的，如果在内存控制器和DRAM中间再加一道SRAM做为缓存，由于程序运行时对内存的访问呈现局部性（Locality）特征，有可能CPU两次访问需要的数据都已经缓存到SRAM中了，这时就不用去DRAM阵列中读了，直接从SRAM中取走，这和CPU的多级cache是一样的道理，此种办法显然可以从效果上达到降低DRAM访问延时的目的。虚拟通道内存VCDRAM就是引入了SRAM部件的DRAM，SRAM缓存了DRAM中的大量将来可能会用的数据块。这种DRAM的访存大体有三个场景：1、行激活，将一页数据输出到感应放大器；2、将数据在感应放大器和SRAM缓存之间移动，每次移动一整段数据（segment）；3、将列数据在SRAM缓存和数据缓冲器之间移动。除非顶层应用需要的数据刚好在SRAM缓存中，否则这个额外的搬运步骤反而会增加了读写操作的延时。

ESDRAM

        增强型SDRAM，像EDO DRAM一样，ESDRAM在DRAM内部增加了一组SRAM锁存器，但是与EDO在列mux后级增加锁存器不同，ESDRAM将锁存器加在列mux前面。因此，这个锁存器与整页宽度一样。虽然代价很高，但是这种设计允许更高的操作并行度。例如，这种设计允许当前行数据还未被CPU取走之前就开始预充电（当前行数据在SRAM上仍然可以访问）。此外，该方案允许回写机制，由此传入写入可以在不需要关闭当前活动行的情况下进行。这样的功能对于回写缓存很有用，在回写缓存中，在任何给定时间写入的数据都不太可能与当前从DRAM读取的数据在同一行。因此，处理这样的写操作会延迟将来对同一行的读取。在ESDRAM中，将来对同一行的读取不会延迟。（这一段话读都读不通，百度翻译的，从个人理解来说，这个ESDRAM是增加了SRAM，VCDRAM也是增加了SRAM，只是增加的位置或者容量不一样，效果应该是差不多的）

MoSys 1T-SRAM

        MoSys(Monolithic System Technology)发明了一种使用单个晶体管的SRAM（1-transistor SRAM）（只是名称上这么定义，实际上做不到）。他们的设计将一个非常快的DRAM核心与SRAM接口组合，获得了一个兼容SRAM的器件，这个器件的存储和功耗与DRAM类似，同时访问速度与SRAM类似。设计中的快速DRAM核心是使用了非常多独立的bank实现：缩减bank大小会使得访问速度更快，但是控制电路的复杂度和成本会上升，同时存储密度也会被减小。没有哪个其他的DRAM制造商会极端到像MoSys一样去制造这样的内核，所以实际上MoSys DRAM是现存的访存延时最低的DRAM。但是存储密度非常低，以至于没有厂商将其大量应用于桌面系统中。其主要市场定位是高速嵌入式系统和游戏主机。

RLDRAM

        降低延迟DRAM是一个不适用于DIMM规格的快速DRAM，它必须把颗粒贴装在主板上。它的制造商建议把它当作一个大型的片外缓存，大概是处于内存层次结构中比所有SRAM缓存更低的位置。与DIMM不同，直连主控芯片可以降低时钟偏移，从而使得高速接口称为可能。

FCDRAM

        富士通的快速周期RAM通过将数据阵列分割成子阵列来实现低延迟数据访问，其中只有一个阵列会在行激活器件有效。这与缩减阵列大小类似，所以可减低访存延时。数据子阵列通过向行地址添加更多位来指定，因此该机制实质上是将部分列地址放入行激活中（例如把部分列选择功能放到行激活动作中去）。与RLDRAM不同，FCRAM可以兼容DIMM规格，同时在已介绍的DRAM中有最高的有效DIMM带宽。

总结

        DRAM架构的发展：原始DRAM设计由阵列、感测放大器和列多路复用器组成，在此基础上，快速页面模式（FPM）设计增加了在多列访问中保持感测放大器内容有效的能力。扩展数据输出（EDO）设计在FPM的基础上，在列多路复用器之后增加了一个输出锁存器。突发EDO（BEDO）设计在EDO基础上增加了一个计数器，可选地驱动列选择地址锁存器。同步DRAM（SDRAM）设计增加了一个时钟信号，驱动行选择和列选择电路（而不仅仅是列选择地址锁存器）。然后到DDR通过在时钟的双边沿（升沿和下降沿）传输数据以达到相对于单边沿SDRAM的双倍速率带宽。目前的桌面、嵌入式或服务器内存主流架构都是基于JEDEC DDR一代代发展而来，其他架构由于性能、成本等多种因素，逐渐被淘汰或仅用于少数特殊领域中。