賽普拉斯技術(shù)專家支招：怎樣為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用選擇正確的同步SRAM存儲(chǔ)器？ - 全文

　　作者：賽普拉斯半導(dǎo)體存儲(chǔ)器產(chǎn)品部門 資深主任應(yīng)用工程師Jayasree Nayar

　　對(duì)于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，選擇合適的同步SRAM是至關(guān)重要的，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需要增加帶寬來(lái)達(dá)到更好的系統(tǒng)性能。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員需要明白不同種同步SRAM技術(shù)的特色和優(yōu)勢(shì)，從而可以為他們的應(yīng)用選擇正確的同步SRAM存儲(chǔ)器。

　　選擇合適同步SRAM的重要因素包括：密度，反應(yīng)時(shí)間，速度，讀寫比率，以及功耗。了解了這些因素如何影響性能，可靠性和價(jià)格，設(shè)計(jì)人員就可以為他們的應(yīng)用選擇最佳的同步SRAM。

　　同步SRAM有如下分類：

　　圖1：同步SRAM種類

　　Std.Sync: 標(biāo)準(zhǔn)同步

　　FT: Flow Through

　　PL:Pipelined

　　SCD: 單周期取消片選Single Cycle Deselect

　　DCD: 雙周期取消片選Double Cycle Deselect

　　QDR: 四倍速Q(mào)uad Data Rate

　　DDR: 雙倍速Double Data Rate

　　標(biāo)準(zhǔn)同步SRAM

　　標(biāo)準(zhǔn)同步SRAM通常用于工業(yè)電子，儀器儀表，和軍事應(yīng)用。其經(jīng)常用作數(shù)據(jù)緩存(臨時(shí)存儲(chǔ))，可以通過(guò)其高速、單倍速(SDR)接口隨機(jī)存取。標(biāo)準(zhǔn)同步 Burst SRAM對(duì)于受控讀寫操作來(lái)說(shuō)是很理想的?？蛻艨梢赃x擇Flow-through 或Pipelined結(jié)構(gòu)，線性和交叉存取burst模式，也就是SCD和DCD。

　　Flow-through SRAM:Flow-through器件在輸入端有一個(gè)寄存器。在時(shí)鐘上升沿，捕獲器件的地址和控制。在讀操作時(shí)，允許請(qǐng)求的數(shù)據(jù)流入器件輸出端，因此在第一個(gè)周期會(huì)讀出數(shù)據(jù)。在寫操作時(shí)。地址，控制和數(shù)據(jù)在同一個(gè)時(shí)鐘上升沿捕獲。

　　Pipelined SRAMs: Pipelined 和flow-through SRAM的區(qū)別是，pipelined器件在輸入和輸出端都有一個(gè)寄存器。在讀操作時(shí)，數(shù)據(jù)可以流入pipeline器件輸出寄存器。在下一個(gè)時(shí)鐘周期，數(shù)據(jù)鎖存在器件輸出端。這和flow-through器件有所區(qū)別，這是因?yàn)閺膒ipelinedSRAM 出來(lái)的數(shù)據(jù)會(huì)比f(wàn)low-through的晚一個(gè)周期。然而，pipeline器件可以工作在比f(wàn)low-through器件更高的頻率，因?yàn)樵L問(wèn)會(huì)有幾個(gè)周期的中斷。pipeline器件的寫操作和flow-through器件相同。

　　Pipelined SRAM包括單周期取消片選(SCD)和雙周期取消片選(DCD)兩種類型。這決定了在器件取消片選以后需要多長(zhǎng)時(shí)間使數(shù)據(jù)總線進(jìn)入三態(tài)。三態(tài)定義為傳輸線設(shè)為高阻狀態(tài)。

　　●單周期取消片選(SCD)：I/O總線在片選結(jié)束一個(gè)周期后進(jìn)入三態(tài)。

　　●雙周期取消片選(DCD)：I/O總線在片選結(jié)束兩個(gè)周期后進(jìn)入三態(tài)。

　　總體來(lái)說(shuō)，pipelined SRAM可以比f(wàn)low-through SRAM工作在更高的頻率上。

　　在反應(yīng)時(shí)間很重要的應(yīng)用中，flow-through器件更合適，如果速度更重要，那么pipeline器件更合適。

　　如果系統(tǒng)的讀/寫比率為1:1，那么標(biāo)準(zhǔn)同步的Flow-through 和Pipelined SRAM就都不合適了，NoBL SRAM更合適。

　　NOBL/ZBT SRAM

　　無(wú)總線延時(shí)(NoBL- No Bus Latency) SRAM在網(wǎng)絡(luò)和通信系統(tǒng)和測(cè)試設(shè)備中很常見(jiàn)。和標(biāo)準(zhǔn)同步Burst SRAM極為類似，NoBL SRAM也有flow-through 和pipelined SDR(單倍速)結(jié)構(gòu)。在burst模式下，設(shè)計(jì)人員可以選擇線性和交叉burst模式

　　NoBL Burst SRAM特別針對(duì)避免讀寫操作切換時(shí)總線浪費(fèi)而設(shè)計(jì)的。這種器件還有另外一個(gè)名字-零總線轉(zhuǎn)向 (ZBT- Zero Bus Turnaround)。NoBL結(jié)構(gòu)避免了讀寫之間的等待周期，從而使I/O總線利用率可以接近100%。在某些系統(tǒng)中，可以顯著提高帶寬。標(biāo)準(zhǔn)同步 SRAM和 NoBL SRAM都有公用I/O結(jié)構(gòu)。標(biāo)準(zhǔn)同步SRAM在高速緩存或者讀寫可控應(yīng)用中很有效。NoBL SRAM更適用于讀寫經(jīng)常切換的情況下，因?yàn)樗梢员苊庾x寫切換時(shí)的延時(shí)。

　　QDR SRAM

　　下面我們介紹一下QDR系列器件。這個(gè)系列包括QDR和QDRII。

　　QDR由QDR組織開(kāi)發(fā)。這個(gè)組織制定了數(shù)據(jù)手冊(cè)，封裝，QDR性能標(biāo)準(zhǔn)，因此設(shè)計(jì)人員可以從不同的供應(yīng)商購(gòu)買。

　　QDR是指四倍速(Quad Data Rate)，QDR組織定義了QDR SRAM產(chǎn)品，最初是為了網(wǎng)絡(luò)和通訊市場(chǎng)設(shè)計(jì)的。QDR SRAM和NoBL SRAM類似，但結(jié)構(gòu)上有很大增強(qiáng)，例如雙倍速I/O,專門的讀寫端口可以避免總線爭(zhēng)用。QDR還有 HSTL電平以及可編程輸出阻抗設(shè)置。QDR有單獨(dú)并獨(dú)立的輸入和輸出，這就意味著用戶可以同時(shí)進(jìn)行讀寫操作。之所以叫四倍速是因?yàn)樵谌魏沃芷?，都可以兩組數(shù)據(jù)讀出兩組數(shù)據(jù)讀入QDR器件。

　　QDR SRAM用于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，讀寫基本保持平衡，例如包緩存，靜態(tài)列表，流量狀態(tài)，日程安排。QDR SRAM最大的時(shí)鐘頻率是167MHz，1周期讀延時(shí)，現(xiàn)有工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)165 BGA封裝。

　　QDRII SRAM

　　QDRII SRAM 在操作上和QDR SRAM類似，但性能有所提升。QDRII SRAM包括兩個(gè)源同步，自由運(yùn)行回應(yīng)時(shí)鐘(CQ/CQ)，可以很容易捕獲數(shù)據(jù)。QDRII SRAM還支持1.5V HSTL接口。應(yīng)用和QDR SRAM相同。然而，QDRII SRAM速度可以達(dá)到333MHz，1.5周期讀延時(shí)，burst長(zhǎng)度為2和4，現(xiàn)有工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)165 BGA封裝。

　　DDR SRAM

　　QDR組織還定義了DDR SRAM，其類似于傳統(tǒng)的同步Burst SRAM產(chǎn)品，但是有雙倍速I/O.和傳統(tǒng)同步Burst SRAM相同，他們應(yīng)用于讀操作比較多的應(yīng)用中，例如，網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用中的包查找，包分級(jí)。

　　DDRII SRAM

　　DDRII SRAM的操作類似于DDR SRAM，但是性能有所提升。DDRII SRAM包括兩個(gè)源同步，自由運(yùn)行回應(yīng)時(shí)鐘(CQ/CQ)，可以很容易捕獲數(shù)據(jù)。DDRII SRAM還支持1.5V HSTL接口。應(yīng)用和DDR SRAM相同。DDRII SRAM速度可以達(dá)到333MHz，1.5周期讀延時(shí)，burst長(zhǎng)度為2和4，現(xiàn)有工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)165 BGA封裝。

　　DDRII SIO SRAM

　　DDRII SIO SRAM類似于DDRII CIO SRAM，但是有兩個(gè)獨(dú)立的端口：讀端口和寫端口都可以訪問(wèn)存儲(chǔ)器陣列。讀端口有數(shù)據(jù)輸出支持讀操作，寫端口有數(shù)據(jù)輸入支持寫操作。DDR II SIO SRAM完全避免了公用I/O設(shè)備數(shù)據(jù)“轉(zhuǎn)向”的問(wèn)題。DDR II SIO有獨(dú)立的輸入和輸出總線，因此和QDRII很類似。唯一的區(qū)別是DDRII SIO每個(gè)周期只能處理一個(gè)操作。另外，由于某個(gè)時(shí)刻只有一個(gè)總線在用，因此總線利用率為50%。

　　QDRII+ SRAM

　　QDRII+SRAM操作上和QDRII SRAM類似，但提升了性能。在QDRII+器件中沒(méi)有冗余數(shù)據(jù)輸入時(shí)鐘(C & /C)，它有一個(gè)握手信號(hào)(QVLD)代替，這個(gè)握手信號(hào)當(dāng)數(shù)據(jù)變?yōu)橛行r(shí)會(huì)有指示，因此簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)捕獲。設(shè)計(jì)人員還可選擇可編程ODT (On Die Termination)的QDRII+產(chǎn)品。QDRII+SRAM最大速度為550MHz，2或2.5周期讀延時(shí)，burst長(zhǎng)度為2和4，現(xiàn)有工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)165 BGA封裝。

　　DDRII+ SRAM

　　DDRII+SRAM操作上和DDRII SRAM類似，但提升了性能。在DDRII+器件中沒(méi)有冗余數(shù)據(jù)輸入時(shí)鐘(C&/C)，它有一個(gè)握手信號(hào)(QVLD)代替，這個(gè)握手信號(hào)當(dāng)數(shù)據(jù)變?yōu)橛行r(shí)會(huì)有指示，因此簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)捕獲。設(shè)計(jì)人員還可選擇可編程ODT (On Die Termination)的DDRII+產(chǎn)品。ODT特性在寫周期時(shí)開(kāi)啟，在讀周期時(shí)關(guān)閉，從而可以節(jié)省功耗。DDRII+SRAM最大速度為 550MHz，2或2.5周期讀延時(shí)，burst長(zhǎng)度為2和4，現(xiàn)有工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)165 BGA封裝。

　　DDRII+ SIO SRAM

　　DDRII+ SIO SRAM類似于DDRII+ CIO SRAM，但是有兩個(gè)獨(dú)立的端口：讀端口和寫端口都可以訪問(wèn)存儲(chǔ)器陣列。讀端口有數(shù)據(jù)輸出支持讀操作，寫端口有數(shù)據(jù)輸入支持寫操作。DDR II+ SIO SRAM完全避免了公用I/O設(shè)備數(shù)據(jù)“轉(zhuǎn)向”的問(wèn)題。

　　QDR和QDRII/QDRII+ 可以使讀寫操作平衡的系統(tǒng)更優(yōu)化:

　　●包存儲(chǔ)

　　●鏈接表

　　●查找表

　　●統(tǒng)計(jì)表存儲(chǔ)

　　●y

　　DDR 和DDRII/DDRII+ 專門應(yīng)用于數(shù)據(jù)流操作或讀/寫不平衡的系統(tǒng):

　　●2級(jí)緩存

　　微處理器，網(wǎng)絡(luò)處理器，DSP存儲(chǔ)器

　　DDRII/DDRII+ 分立I/O專門應(yīng)用于1地址/時(shí)鐘2-word burst的系統(tǒng)中。

　　再次強(qiáng)調(diào)一下，QDR 和QDRII/II+適用于讀寫平衡的系統(tǒng)，例如查找表和統(tǒng)計(jì)表存儲(chǔ)。

　　如果需要高速緩存，DDR 和DDRII/II+更適合。

　　如果用戶傾向于QDR結(jié)構(gòu)，但地址總線不支持QDR接口,那么DDR分立IO將是最好選擇。

　　存儲(chǔ)器選擇：關(guān)鍵因素

　　選擇同步SRAM存儲(chǔ)器的首要因素是數(shù)據(jù)帶寬。表一列出了上述討論過(guò)的不同種同步SRAM的帶寬。為了計(jì)算方便，使用的是最大時(shí)鐘頻率和x36總線寬度。

　　表 1: 同步SRAM 帶寬概覽

　　另一個(gè)同步SRAM的選擇因素是功耗。QDR/DDR器件的功率消耗比標(biāo)準(zhǔn)同步SRAM要低，因?yàn)?a target="_blank">供電電壓低。決定存儲(chǔ)器選擇的其他因素如表2所示：

　　表2：存儲(chǔ)器選擇概覽

　　注：QDRII+ 和DDRII+可以提供帶活不帶ODT (On-Die Termination)

　　現(xiàn)在有很多種同步SRAM。了解了存儲(chǔ)器種類之間的不同，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員就可以為他們的應(yīng)用選擇恰當(dāng)?shù)耐酱鎯?chǔ)器。