如何選擇最適用的sram存儲(chǔ)器

　　sram（靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）是一種只要在供電條件下便能夠存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器件，而且是大多數(shù)高性能系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵部分。sram具有眾多的架構(gòu)，各針對(duì)一種特定的應(yīng)用。本文旨在對(duì)目前市面上現(xiàn)有的sram做全面評(píng)述，并簡(jiǎn)要說(shuō)明就某些特定用途而言，哪類(lèi)sram是其最佳選擇。sram從高層次上可以劃分為兩個(gè)大類(lèi)：即同步型和異步型。同步型sram采用一個(gè)輸入時(shí)鐘來(lái)啟動(dòng)至存儲(chǔ)器的所有事務(wù)處理（讀、寫(xiě)、取消選定等）。而異步型sram則并不具備時(shí)鐘輸入，且必須監(jiān)視輸入以獲取來(lái)自控制器的命令。一旦識(shí)別出某條命令，這些器件將立即加以執(zhí)行。

　　同步sram家族分類(lèi)與某一特定應(yīng)用相適應(yīng)的最佳sram的選擇取決于多個(gè)因素，其中包括功率限制、帶寬要求、密度以及讀/寫(xiě)操作模式等?？蓾M足不同系統(tǒng)要求的同步型和異步型sram多種多樣，本文將逐一加以說(shuō)明。

　　各種同步型sram比較

　　同步型sram于上個(gè)世紀(jì)80年代后期首度面市，最初是面向具有極高性能的工作站和服務(wù)器中的第二級(jí)高速緩沖存儲(chǔ)器應(yīng)用。進(jìn)入上個(gè)世紀(jì)90年代中期之后，它又在較為主流的應(yīng)用（包括個(gè)人電腦中的第二級(jí)高速緩沖存儲(chǔ)器）中尋覓到了自己的用武之地。自那以后，在包括高性能網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的眾多應(yīng)用的設(shè)計(jì)中，同步型sram大行其道（在這些應(yīng)用中，它們通常被用于數(shù)據(jù)緩沖器、高速暫存器、隊(duì)列管理功能和統(tǒng)計(jì)緩沖器）。

　　同步型sram又可以采用多種不同的架構(gòu)。下文將對(duì)某些“主流”的器件做簡(jiǎn)要說(shuō)明。

　　1：標(biāo)準(zhǔn)同步型sram 　標(biāo)準(zhǔn)同步型sram是被“主流應(yīng)用”所接納的第一種同步型sram。這些器件雖然主要面向pc l2高速緩沖存儲(chǔ)器應(yīng)用，但也滲透到了非pc應(yīng)用領(lǐng)域中，比如網(wǎng)絡(luò)、電信、數(shù)字信號(hào)處理（dsp）以及醫(yī)療和測(cè)試設(shè)備。

　　其中，標(biāo)準(zhǔn)同步型sram具有兩種基本格式：流水線型和直通型。兩者之間的差異是：直通型sram僅在輸入端上具有寄存器，當(dāng)?shù)刂泛涂刂戚斎氡徊东@且一個(gè)讀存取操作被啟動(dòng)時(shí)，數(shù)據(jù)將被允許 “直接流”至輸出端。當(dāng)用戶(hù)對(duì)初始延遲的重要性考慮超過(guò)對(duì)持續(xù)帶寬的考究時(shí)，人們往往優(yōu)先采用直通型架構(gòu)。

　　“流水線型”同步sram同時(shí)擁有一個(gè)輸入寄存器和一個(gè)輸出寄存器。流水線型sram所提供的工作頻率和帶寬通常高于直通型sram。因此，在需求較高寬帶，而對(duì)初始延遲不是很敏感時(shí)，人們常常優(yōu)先采用流水線型sram。

　　2：nobltm（無(wú)總線延遲）型sram 　有些應(yīng)用不允許“等待狀態(tài)”。比如網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中“等待狀態(tài)”有可能對(duì)性能產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。為解決該問(wèn)題，賽普拉斯公司推出了無(wú)總線延遲（nobl）型sram。nobl型sram與標(biāo)準(zhǔn)同步型sram很相似，但是擁有附加的片上邏輯電路，旨在完全消除標(biāo)準(zhǔn)同步型sram系列所需的“等待狀態(tài)”。

　　通過(guò)消除這些“等待狀態(tài)”，此類(lèi)sram能夠?qū)崿F(xiàn)100］的總線利用率（絲毫不受讀/寫(xiě)模式的影響）。該功能極大地改善了存儲(chǔ)器性能，尤其是當(dāng)存在頻繁的讀/寫(xiě)操作變換時(shí)。 　nobl型sram也存在兩種版本：直通型和流水線型。直通型nobl sram始終具有一個(gè)單周期偏移，而nobl流水線型sram則保持了一個(gè)雙周期偏移。

　　3：四倍數(shù)據(jù)速率（qdrtm）型sram 　盡管推出了nobl型架構(gòu)并使性能較之標(biāo)準(zhǔn)同步型sram有所改善，但某些系統(tǒng)對(duì)性能有著更高的要求。于是，賽普拉斯、renesas、idt、nec和三星等幾家公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)出了qdr型sram。qdr架構(gòu)旨在滿足那些要求低延遲且所需帶寬明顯高于nobl型架構(gòu)提供能力的“高帶寬需求型”系統(tǒng)的需要。

　　qdr型sram與nobl型sram最為顯著的差異之一是前者的讀端口和寫(xiě)端口是分開(kāi)的。這些端口可獨(dú)立工作，并支持并行的讀和寫(xiě)事務(wù)處理。qdr型 sram能夠以ddr傳輸速率（2倍）來(lái)支持兩項(xiàng)同時(shí)出現(xiàn)的事務(wù)處理，四倍數(shù)據(jù)速率（qdr）的名稱(chēng)便是由此得來(lái)的。

　　qdr型sram具有兩種基本類(lèi)型：即2字脈沖串和4字脈沖串。這兩種類(lèi)型之間的差異在于每項(xiàng)事務(wù)處理過(guò)程中所支持的脈沖串長(zhǎng)度。

　　4：qdr-ii型sram 　qdr- ii型sram與qdr型sram相似，但在性能方面進(jìn)一步提升。與相同頻率的qdr型器件相比，qdr-ii型sram所產(chǎn)生的總數(shù)據(jù)有效窗口面積大了左右。另外，qdr-ii型sram產(chǎn)品還比qdr型器件多了一個(gè)半延遲周期。這增加的半個(gè)時(shí)鐘周期可在對(duì)初始延遲影響極小的情況下提供高得多的頻率和帶寬。

　　5：ddr型sram 　如果qdr型sram面向的是具有平衡讀/寫(xiě)模式的應(yīng)用，ddr型sram架構(gòu)則主要針對(duì)那些需要進(jìn)行數(shù)據(jù)流式傳輸（例如，后隨多項(xiàng)寫(xiě)操作的多項(xiàng)讀操作）、且所需帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)同步型器件或nobl型器件的應(yīng)用。ddr型sram具有出眾的整體總線利用率以及高得多的總帶寬，性能也因此得到了最大限度的提升。

　　和qdr型sram一樣，ddr型sram也有兩種格式：即2字脈沖串和4字脈沖串。究竟選擇哪一種取決于所需的數(shù)據(jù)顆粒度以及存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)總線寬度。

　　各種異步型sram比較

　　第二大類(lèi)sram為異步型sram。那些不具備時(shí)鐘輸入的sram便是異步型的。在這些器件中，讀操作和寫(xiě)操作將在器件接收到指令之后立即被啟動(dòng)。采用異步型sram最大的優(yōu)點(diǎn)之一是它們擁有長(zhǎng)達(dá)幾十年的使用歷史并已為人們所充分了解。由于異步型sram已經(jīng)面市很久了，因此許多標(biāo)準(zhǔn)處理器都包含了業(yè)已配備異步型sram接口的存儲(chǔ)控制器，從而最大限度地減少了所需的設(shè)計(jì)工作量。異步型sram的典型存取時(shí)間為8ns（或更長(zhǎng)）。因此，它們一般應(yīng)用于時(shí)鐘頻率為100mhz（或更低）的系統(tǒng)中。

　　異步型sram可被進(jìn)一步劃分為兩種主要類(lèi)別：即快速異步型sram和低功耗異步型 sram（mobltm）。

　　1：快速異步型sram 　存取時(shí)間為35ns（或更短）的異步型sram可被歸類(lèi)為“快速”異步型sram。這些存儲(chǔ)器通常應(yīng)用于老式系統(tǒng)中，且功耗較高（1/2w或更高是司空見(jiàn)慣的）。其典型應(yīng)用包括老式pc l2高速緩沖存儲(chǔ)器、高速暫存器以及工業(yè)應(yīng)用中的緩沖存儲(chǔ)器。

　　2：mobltm低功耗異步型sram 　有些應(yīng)用（例如移動(dòng)電話）對(duì)功耗的關(guān)注程度要超過(guò)對(duì)性能的關(guān)注程度。因此，制造商（比如賽普拉斯公司）推出了功耗極低的sram系列。賽普拉斯的 mobl（意指“更長(zhǎng)的電池使用壽命”）低功耗異步型sram產(chǎn)品庫(kù)匯集了多款典型存取時(shí)間約為40ns（或更長(zhǎng)）并專(zhuān)為實(shí)現(xiàn)低功耗而優(yōu)化的器件。典型待機(jī)功耗可低至10μw（或更低），而運(yùn)行功耗則可低至30mw（或更低）。這些器件的存儲(chǔ)密度各異，從64kb到16mb一應(yīng)俱全。

　　偽sram（亦即psram） 　如果需要16mb以上的存儲(chǔ)密度，則psram（或稱(chēng)偽psram）是一種可行的解決方案。所謂偽sram是指一種具有一個(gè)dram存儲(chǔ)器內(nèi)核和一個(gè) “sram型”接口的存儲(chǔ)器件。由于psram使用了一個(gè)dram內(nèi)核，因而也需要進(jìn)行周期性的刷新，以便保存數(shù)據(jù)。但不同的是，標(biāo)準(zhǔn)dram的刷新控制是在器件外部進(jìn)行的，而psram則具有一個(gè)“隱式”刷新電路，這使得它們能夠被容易地用作其他異步型sram的存儲(chǔ)密度升級(jí)型器件。 　結(jié)論 　在選擇sram時(shí)，您會(huì)面對(duì)眾多的選擇方案。在某些場(chǎng)合，選擇是有限的。許多已經(jīng)確立了自己穩(wěn)固地位的處理器都包含了支持特殊sram架構(gòu)的存儲(chǔ)控制器。

　　新型處理器的設(shè)計(jì)則更靈活。為了決定最佳的可選方案，至關(guān)重要的是確定存儲(chǔ)器子系統(tǒng)（即兆比特每秒、初始延遲、運(yùn)行功耗、待機(jī)功耗、成本等等）的優(yōu)先級(jí)以及系統(tǒng)的工作特性（讀/寫(xiě)操作模式、工作頻率等等）。 　網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用往往具有接近50/50的讀/寫(xiě)模式，它適合于采用qdr系列的解決方案。其他應(yīng)用（甚至是同一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的功能電路）則往往具有不平衡的讀/寫(xiě)模式，這就適合于采用公共i/o架構(gòu)，包括標(biāo)準(zhǔn)同步型、nobl型和ddr型。 　另有一些系統(tǒng)要求可能的最低功耗，以便延長(zhǎng)電池的使用壽命，可選用的方案分別為mobl型sram和psram。