无语悲剧 / PCB时序 / 逻辑Bank

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逻辑Bank

2014-04-01  无语悲剧

SDRAM的逻辑Bank与芯片容量表示方法

1、逻辑Bank与芯片位宽

讲完SDRAM的外在形式,就该深入了解SDRAM的内部结构了。这里主要的概念就是逻辑Bank。简单地说,SDRAM的内部是一个存储阵列。因为如果是管道式存储(就如排队买票),就很难做到随机访问了。

阵列就如同表格一样,将数据“填”进去,你可以把它想象成一张表格。和表格的检索原理一样,先指定一个行(Row),再指定一个列(Column),我们就可以准确地找到所需要的单元格,这就是内存芯片寻址的基本原理。对于内存,这个单元格可称为存储单元,那么这个表格(存储阵列)叫什么呢?它就是逻辑 Bank(Logical Bank,下文简称L-Bank)。

L-Bank存储阵列示意图

由于技术、成本等原因,不可能只做一个全容量的L-Bank,而且最重要的是,由于SDRAM的工作原理限制,单一的L-Bank将会造成非常严重的寻址冲突,大幅降低内存效率(在后文中将详细讲述)。所以人们在SDRAM内部分割成多个L-Bank,较早以前是两个,目前基本都是4个,这也是SDRAM 规范中的最高L-Bank数量。到了RDRAM则最多达到了32个,在最新DDR-Ⅱ的标准中,L-Bank的数量也提高到了8个。

这样,在进行寻址时就要先确定是哪个L-Bank,然后再在这个选定的L-Bank中选择相应的行与列进行寻址。可见对内存的访问,一次只能是一个L- Bank工作,而每次与北桥交换的数据就是L-Bank存储阵列中一个“存储单元”的容量。在某些厂商的表述中,将L-Bank中的存储单元称为Word (此处代表位的集合而不是字节的集合)。

从前文可知,SDRAM内存芯片一次传输率的数据量就是芯片位宽,那么这个存储单元的容量就是芯片的位宽(也是L-Bank的位宽),但要注意,这种关系也仅对SDRAM有效,原因将在下文中说明。

 

2、内存芯片的容量

现在我们应该清楚内存芯片的基本组织结构了。那么内存的容量怎么计算呢?显然,内存芯片的容量就是所有L-Bank中的存储单元的容量总合。计算有多少个存储单元和计算表格中的单元数量的方法一样:

存储单元数量=行数×列数(得到一个L-Bank的存储单元数量)×L-Bank的数量

在很多内存产品介绍文档中,都会用M×W的方式来表示芯片的容量(或者说是芯片的规格/组织结构)。M是该芯片中存储单元的总数,单位是兆(英文简写M,精确值是1048576,而不是1000000),W代表每个存储单元的容量,也就是SDRAM芯片的位宽(Width),单位是bit。计算出来的芯片容量也是以bit为单位,但用户可以采用除以8的方法换算为字节(Byte)。比如8M×8,这是一个8bit位宽芯片,有8M个存储单元,总容量是 64Mbit(8MB)。

不过,M×W是最简单的表示方法。下图则是某公司对自己内存芯片的容量表示方法,这可以说是最正规的形式之一。

业界正规的内存芯片容量表示方法

我们可以计算一下,结果可以发现这三个规格的容量都是128Mbits,只是由于位宽的变化引起了存储单元的数量变化。从这个例子就也可以看出,在相同的总容量下,位宽可以采用多种不同的设计。

3、与芯片位宽相关的DIMM设计

为什么在相同的总容量下,位宽会有多种不同的设计呢?这主要是为了满足不同领域的需要。现在大家已经知道P-Bank的位宽是固定的,也就是说当芯片位宽确定下来后,一个P-Bank中芯片的个数也就自然确定了,而前文讲过P-Bank对芯片集合的位宽有要求,对芯片集合的容量则没有任何限制。高位宽的芯片可以让DIMM的设计简单一些(因为所用的芯片少),但在芯片容量相同时,这种DIMM的容量就肯定比不上采用低位宽芯片的模组,因为后者在一个P- Bank中可以容纳更多的芯片。比如上文中那个内存芯片容量标识图,容量都是128Mbit,合16MB。如果DIMM采用双P-Bank+16bit芯片设计,那么只能容纳8颗芯片,计128MB。但如果采用4bit位宽芯片,则可容纳32颗芯片,计512MB。DIMM容量前后相差出4倍,可见芯片位宽对DIMM设计的重要性。因此,8bit位宽芯片是桌面台式机上容量与成本之间平衡性较好的选择,所以在市场上也最为普及,而高于16bit位宽的芯片一般用在需要更大位宽的场合,如显卡等,至于4bit位宽芯片很明显非常适用于大容量内存应用领域,基本不会在标准的Unbuffered 模组设计中出现。

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