干貨分享 | 更高、更快伴生更強(qiáng)要求，迎接DDR5內(nèi)存驗(yàn)證和調(diào)試挑戰(zhàn)

作者：泰克科技

世界正在經(jīng)歷一個(gè)前所未有的時(shí)代，數(shù)據(jù)呈爆發(fā)增長(zhǎng)之勢(shì)，隨著新技術(shù)在更廣泛的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)，這一趨勢(shì)預(yù)計(jì)將進(jìn)一步加快。典型的實(shí)例包括：5G形式的下一代無(wú)線(xiàn)通信，領(lǐng)域不斷擴(kuò)展的人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、加密貨幣、虛擬現(xiàn)實(shí)，甚至汽車(chē)等諸多領(lǐng)域。在整個(gè)2021年，預(yù)計(jì)生成的數(shù)據(jù)達(dá)到了44萬(wàn)億GB （440萬(wàn)億億字節(jié)），估計(jì)地球上每人每秒生成了1.7MB數(shù)據(jù)。這么龐大的數(shù)據(jù)量都需要比以往更快的速度進(jìn)行存儲(chǔ)、訪問(wèn)和分析，這就要求系統(tǒng)擁有更高的帶寬，更高的存儲(chǔ)密度，更高的整體性能。

更快的內(nèi)存給DDR5測(cè)試帶來(lái)新的挑戰(zhàn)

為應(yīng)對(duì)生成的數(shù)據(jù)量越來(lái)越高，必需提高內(nèi)存性能，來(lái)存儲(chǔ)、傳送和處理所有這些信息。這個(gè)流程的主要瓶頸是內(nèi)存能夠訪問(wèn)和傳送數(shù)據(jù)的速度。內(nèi)存訪問(wèn)時(shí)間較慢，會(huì)導(dǎo)致整體系統(tǒng)性能拖后腿，而且數(shù)據(jù)吞吐量本身也受限于內(nèi)存的傳送速率。在歷史上，高性能、快速訪問(wèn)內(nèi)存的主導(dǎo)形式一直是雙數(shù)據(jù)速率同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)訪問(wèn)內(nèi)存（DDR SDRAM）。DDR SDRAM是上個(gè)世紀(jì)90年代作為標(biāo)準(zhǔn)推出的，問(wèn)世后得到極快速發(fā)展，2014年推出了第四代標(biāo)準(zhǔn)——DDR4。DDR4是一種內(nèi)存接口，初期的數(shù)據(jù)傳送速率為1600 MT/s，隨著標(biāo)準(zhǔn)走向成熟，最后達(dá)到了3200 MT/s。這在電腦處理器只有8核時(shí)足夠了，但當(dāng)今28-64核多核處理器的問(wèn)世（未來(lái)可望達(dá)到80 – 96核），則很明確，我們需要的內(nèi)存性能已經(jīng)超出了DDR4的能力范圍。

為了幫助滿(mǎn)足這一需求，業(yè)內(nèi)正從DDR4遷移到下一代DDR內(nèi)存標(biāo)準(zhǔn)——DDR5。DDR5將接替上一代標(biāo)準(zhǔn)，成為占主導(dǎo)地位的快速增長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。DDR5將在DDR4基礎(chǔ)上，在初期提供3，200 MT/s的傳送速率，最高可達(dá)6，400 MT/s，預(yù)計(jì)未來(lái)將擴(kuò)展到高達(dá)8，400 MT/s。

DDR5帶來(lái)了一系列全新的挑戰(zhàn)，在實(shí)現(xiàn)和檢驗(yàn)時(shí)必須克服這些挑戰(zhàn)。更高的數(shù)據(jù)速率會(huì)擴(kuò)大要求的測(cè)試設(shè)備帶寬，要求新的流程來(lái)測(cè)量之前的方法測(cè)量不了的抖動(dòng)，要求接收機(jī)均衡形式的全新DDR單元，甚至要引入新的采用夾具的標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試，這些都是DDR5驗(yàn)證面臨的重大挑戰(zhàn)。

解決方案：泰克示波器和TEKEXPRESS DDR TX軟件

DDR5改進(jìn)了性能，意味著要求更高性能的設(shè)備，來(lái)分析和測(cè)試DDR5賦能的器件。為滿(mǎn)足這一性能需求，泰克開(kāi)發(fā)了一種深入的解決方案，利用高帶寬示波器和探頭硬件，如DPO71604SX和P7716，同時(shí)采用全新的軟件自動(dòng)化平臺(tái)。

圖1. DDR5測(cè)試解決方案中使用的泰克工具。

泰克TekExpress DDR發(fā)射機(jī)（Tx）軟件是一種專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的自動(dòng)測(cè)試應(yīng)用，可以根據(jù)JEDEC （聯(lián)合電子器件工程委員會(huì)）規(guī)范中規(guī)定的參數(shù)驗(yàn)證和調(diào)試DDR5器件。泰克選項(xiàng)DDR5SYS （TekExpress DDR Tx）包括以下全部測(cè)試覆蓋范圍和多種調(diào)試工具：

• DRAM元件
• 數(shù)據(jù)緩沖器/RCD元件
• 系統(tǒng)電路板
• 嵌入式系統(tǒng)
• 服務(wù)器和客戶(hù)端/桌面

TekExpress DDR Tx支持根據(jù)DDR5 JEDEC規(guī)范測(cè)量50多種DDR5電氣和定時(shí)參數(shù)。它內(nèi)置多種強(qiáng)大的工具，協(xié)助進(jìn)行表征和調(diào)試，如多選通功能、DDR5 DFE分析軟件及用戶(hù)可以全面控制測(cè)試條件的用戶(hù)自定義采集模式。

泰克TekExpress DDR Tx解決方案擁有多種獨(dú)特的創(chuàng)新功能，減少了測(cè)試中花費(fèi)的工作量，加快了DDR系統(tǒng)和器件測(cè)試流程。TekExpress DDR Tx提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的分步操作的簡(jiǎn)便易用的界面，加快了測(cè)試過(guò)程。

測(cè)試和內(nèi)存電路中采用的步驟

客戶(hù)可以使用以下步驟，檢驗(yàn)產(chǎn)品是否滿(mǎn)足DDR5規(guī)范：

1. 把一只高阻抗泰克探頭焊接到要測(cè)試的DDR子系統(tǒng)上，允許訪問(wèn)關(guān)心的電信號(hào)。

2. 泰克TekExpress DDR Tx軟件分析探測(cè)到的信號(hào)，與DDR5規(guī)范進(jìn)行對(duì)比。可以使用示波器上運(yùn)行的其他軟件，執(zhí)行各種測(cè)試，如繪制眼圖，測(cè)量相關(guān)電氣參數(shù)。

圖2是使用探頭接入器件，執(zhí)行系統(tǒng)級(jí)TX測(cè)試的一個(gè)實(shí)例。在這個(gè)實(shí)例中，片上系統(tǒng)（SOC）與被測(cè)器件（DRAM/RCD/ DB）通信，通過(guò)DDR總線(xiàn)傳送雙向業(yè)務(wù)。用戶(hù)使用焊接在DRAM下面的內(nèi)插器接入接口，使用高阻抗探頭放大器探測(cè)接口。TekExpress DDR Tx軟件為測(cè)量各種參數(shù)提供了必要的工具，如時(shí)鐘抖動(dòng)、讀/寫(xiě)定時(shí)、甚至眼圖。

圖2. 系統(tǒng)級(jí)TX測(cè)試。

3. 測(cè)試結(jié)束時(shí)，會(huì)生成一份測(cè)試通過(guò)/未通過(guò)報(bào)告，提供與被測(cè)器件、物理設(shè)置、被測(cè)參數(shù)與JEDEC規(guī)范對(duì)比等詳細(xì)信息。

4. 如果某項(xiàng)指標(biāo)未通過(guò)測(cè)試，或發(fā)生非預(yù)期的結(jié)果，可以進(jìn)一步使用TekExpress DDR軟件解決方案調(diào)試結(jié)果。

使用泰克SDLA64進(jìn)行DFE接收機(jī)均衡和信號(hào)反嵌

信號(hào)傳送速度不斷提高和外形體積不斷縮小，給下一代多千兆位設(shè)計(jì)和測(cè)試方法帶來(lái)了多個(gè)挑戰(zhàn)。外形越小，信號(hào)接入越難，得到的探測(cè)點(diǎn)會(huì)不理想，進(jìn)而導(dǎo)致采集信號(hào)損耗和反射，因?yàn)槔硐氲臏y(cè)量位置不存在阻抗斷點(diǎn)。

DDR5的出現(xiàn)，使得DDR測(cè)試和調(diào)試以前采用的工具變得不夠了。設(shè)計(jì)采用更高的數(shù)據(jù)速率，負(fù)載要求更加嚴(yán)格，順利訪問(wèn)信號(hào)不能說(shuō)不可能，但肯定會(huì)變得異常困難。解決這些問(wèn)題的有效方法之一，是采用泰克串行數(shù)據(jù)鏈路分析（SDLA）軟件包。通過(guò)SDLA功能，用戶(hù)可以通過(guò)反嵌流程，消除測(cè)試設(shè)置（探頭、內(nèi)插器、電纜）的負(fù)載影響。不管是反射、插損、交叉耦合還是其他損傷，SDLA都提供了強(qiáng)大的功能，可以有效分析信號(hào)，就像這些效應(yīng)不存在一樣。這可以大大提高獲得的測(cè)量的有效性和準(zhǔn)確性，甚至?xí)苯記Q定器件能否通過(guò)測(cè)試。

泰克DFE分析軟件

DDR中第一次以4階DFE （判定反饋均衡）的形式引入接收機(jī)均衡。在訪問(wèn)和分析DDR5信號(hào)時(shí)，這帶來(lái)了額外的挑戰(zhàn)。例如，即使在反嵌后，生成的眼圖可能仍會(huì)閉上（圖3）。為了讓眼圖進(jìn)一步張開(kāi)，必需實(shí)現(xiàn)DFE均衡。

泰克開(kāi)發(fā)了各種工具，幫助解決DFE在測(cè)試過(guò)程中引入的問(wèn)題?？梢允褂肧DLA，分析來(lái)自器件的連續(xù)數(shù)據(jù)流，從而訓(xùn)練DFE增益和階值。然后可以使用DFE特點(diǎn)，輸入TekExpress DDR Tx自動(dòng)化軟件，在突發(fā)信號(hào)上生成應(yīng)用DFE之后的眼圖。另外還可以使用獨(dú)立式DFE應(yīng)用（TekExpress DDR Tx標(biāo)配），在自動(dòng)化框架以外應(yīng)用DFE均衡后，用戶(hù)可以手動(dòng)生成和查看DDR信號(hào)。

圖3. 使眼圖中的眼睛張開(kāi)的實(shí)例。

抖動(dòng)噪底校準(zhǔn)

DDR5對(duì)CLK、DQS和DQ提出了新的Rj/DJ抖動(dòng)測(cè)量要求。此外，Rj指標(biāo)大約在0.5ps （非常嚴(yán)格）。泰克開(kāi)發(fā)了一種新的抖動(dòng)噪底噪聲校準(zhǔn)技術(shù)，可以在泰克示波器上直接使用這種技術(shù)。該工具提供了一個(gè)選項(xiàng)，可以在噪聲校準(zhǔn)過(guò)程中包括探頭、探頭尖端和反嵌過(guò)濾器文件，考慮額外生成或放大的噪聲。該工具全面集成示波器分析軟件（DPOJET），從測(cè)量結(jié)果中消除示波器的噪聲抖動(dòng)。

總結(jié)

隨著業(yè)界轉(zhuǎn)向DDR5開(kāi)發(fā)、測(cè)試和生產(chǎn)，要求新的硬件和軟件工具，來(lái)解決DDR5測(cè)試帶來(lái)的最新挑戰(zhàn)。泰克開(kāi)發(fā)了一系列高帶寬示波器和探頭，從DDR5器件中采集信號(hào)，同時(shí)為驗(yàn)證開(kāi)發(fā)了強(qiáng)大的軟件工具。訪問(wèn)Tek.com進(jìn)一步了解我們的解決方案，觀看與DDR5和泰克解決方案有關(guān)的視頻演示或網(wǎng)上研討會(huì)。