XDR-RAM verbessert Durchsatz im Vergleich zu DDR

Immer höher werden die Anforderungen der Systementwickler und Endanwender an die Rechnersysteme. Wenn die gesteigerte Verarbeitungsleistung der Prozessoren jedoch zu einem spürbaren Leistungszuwachs auf der System-Ebene führen soll...

Immer höher werden die Anforderungen der Systementwickler und Endanwender an die Rechnersysteme. Wenn die gesteigerte Verarbeitungsleistung der Prozessoren jedoch zu einem spürbaren Leistungszuwachs auf der System-Ebene führen soll, geht es nicht ohne Verbesserungen der Datenübertragungsrate von und zu den Speicherbausteinen. XDRRAM soll Datenraten von mehr als 25 GByte/s ermöglichen.

Mehr als zehn Jahre lang wurde die Entwicklung immer schnellerer DRAM-Technologien vorangetrieben, um die wachsende Leistungsfähigkeit der Prozessoren ausschöpfen zu können. DRAM-Speicher in DDR-Technologie (Double Data Rate) etwa ermöglichen schnellere Transaktionen zwischen Prozessor und Speicher ohne Anhebung der Taktfrequenz des Front Side Bus (FSB), weil die Datentransfers sowohl bei steigenden als auch bei fallenden Flanken des Taktsignals ausgeführt werden.

Mit dem Umstieg von DDR- auf DDR2-Speicher setzt sich dieser Trend weiter fort. Das DDR2-Interface arbeitet mit der doppelten Taktfrequenz des Kerns; damit wird die maximale Datenübertragungsrate bei einem 200-MHz-Bus-Takt auf 6,4 Gbit/s erhöht, dabei aber die Tiefe des Column-Prefetch-Puffers verdoppelt. Mit der Einführung der DDR3-Speicher, die verglichen mit DDR2-Speicher wiederum eine Verdoppelung der Interface-Geschwindigkeit mit sich bringt, beträgt die Tiefe des Column-Prefetch-Puffers 8 bit. Daraus ergibt sich bei DDR3-Speichermodulen mit einer Datenbreite von 64 bit eine Zugriffs-Granularität von 128 bit. Diese gröbere Zugriffs-Granularität schränkt jedoch bei vielen Anwendungen die Leistungsfähigkeit ein. Zu diesen gehören hoch auflösende Grafik, 1080p HDTV und die mehrkanalige paket-basierende Kommunikation, bei der es um die schnelle Verarbeitung kleiner, oft nur aus wenigen Bit bestehender Datenblöcke geht. Die derzeitigen breitbandigen DRAM-Architekturen sind wegen der hohen Spalten- und Zeilen-Granularität ungeeignet, weil viele der bei einem Zugriff geholten Daten von der Anwendung gar nicht benötigt werden.

Hohe Datenübertragungsrate bei kleiner Granularität

Die Entwicklung der auf einer Punkt-zu-Punkt-Signalisierung mit differenzieller Übertragung basierenden Speichertechnologie XDR (Extreme Data Rate) von Rambus erfolgte mit der Motivation, angesichts zunehmender Verarbeitungsgeschwindigkeiten eine weitere Steigerung der Datenübertragungsrate von und zum Arbeitsspeicher zu ermöglichen. Die ODR-Signalisierung (Octal Data Rate) ermöglicht Datentransfers bei steigender und fallender Flanke eines Takts, dessen Frequenz auf das Vierfache des 400-MHz-Systemtakts angehoben wird. Da pro Taktzyklus acht Datenbits übertragen werden, ergibt sich bei dieser Taktfrequenz eine Datenübertragungsrate von 3,2 GHz, zudem besteht die Möglichkeit einer Skalierung auf über 8 GHz. Ergänzend zur höheren Signalisierungsrate werden mit Hilfe des DRSLVerfahrens (Differential Rambus Signalling Level) Verbesserungen der Signalintegrität und der Datenübertragungsrate erzielt. DRSL arbeitet mit einem Spannungshub von 1,0 V bis 1,2 V, damit sind höhere Taktfrequenzen bei geringerem Energieumsatz möglich, ohne Abstriche bei der Datenintegrität.

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