存储体编译和布局协同的片上缓存设计方法

为了提高片上缓存的速度、降低面积和功耗,提出了一种存储体编译和布局协同的片上缓存设计方法。该方法基于存储体在芯片上的不同空间位置预估该存储体的时序余量,分别采用拆分/合并、尺寸调整、阈值替换和长宽比变形等多种配置参数穷举组合进行存储体编译,根据时序余量选择最优的静态随机存取存储器存储体编译配置。将该方法与现有的物理设计步骤集成为一个完整的设计流程。实验结果表明,该方法能够降低约9.9%的功耗,同时缩短7.5%的关键路径延时。

DRAM芯片的最新研制进展与发展趋势

介绍了动态随机存取存储器(DRAM)的最新制造技术、0.1μm特征尺寸理论极限的突破和相关新技术的进展,并展望了3种非易失性随机存取存储器(NVRAM),如FRAM、相变RAM、MRAM和BiCMOS技术的开发前景与发展趋势。

面向高性能众核处理器的超频DDR4访存结构设计

从高性能众核处理器的多路DDR4嵌入式工程应用出发,设计一种高密度DDR4串推互连结构,提出一种基于不同激励码型的仿真分析方法。采用双面盲孔印制板工艺折叠串推访存结构设计,解决地址组信号概率性出错问题。在压力测试环境下实测读/写信号波形良好,支持信号超频可靠传输,标称2666 Mbps的DDR4存储颗粒可以在3000 Mbps速率下长时间稳定运行。已在神威E级原型机等多台套大型计算装备研发中得到规模化推广应用,产生了良好的技术效益。

大容量DRAM的刷新开销问题及优化技术综述

动态随机存储器(DRAM)具有速度快、密度高、成本低的优势,被广泛应用于计算机的主存.DRAM采用电容作为存储单元,电容电荷的多少表示数字"0"或"1".由于存在漏电现象,电容里的电荷会缓慢流失,造成数据丢失.为保证数据正确性,DRAM采用周期性的刷新操作,在数据丢失前,把数据读出然后重新写入存储单元.刷新操作会阻碍正常访存的执行,造成性能上的开销;同时刷新操作会消耗额外的功耗,带来功耗上的开销.刷新的开销与DRAM密度相关:在过去,当DRAM密度较小时,需要刷新的存储单元数较少,刷新开销很小,并未引起关注;但是,随着摩尔定律的发展,DRAM密度越来越大,目前已发展到千兆比特级别,其刷新周期并没有改善,单位时间内需要刷新的存储单元数越来越多,从而使刷新带来的性能和功耗开销越来越严重.刷新问题目前得到了工业界和学术界的广泛关注.首先介绍了目前DRAM的刷新方式和开销,以及工业界已经实现的一些改进;然后把工业界和学术界提出的众多优化方法分为"减轻刷新操作对访存的阻塞"和"减少不必要的刷新操作"两大类,分别进行了分析和总结;最后给出了关于智能刷新管理的总结和展望.

BST材料在DRAM电容中的应用研究

钛酸锶钡(BST)高介电常数材料被普遍认为是最有前途的DRAM电容介质材料。BST作为DRAM电容介质材料的研究已有多年,到目前为止取得了不少突破性的进展。介绍了BST的材料特性和堆积型电容结构电极、埋层材料的设计考虑,探讨了BST膜的制备、掺杂及刻蚀工艺技术。

一种面向写穿透Cache的写合并设计及验证

为了利用片上缓冲技术来提高处理器应用性能,提出一种面向写穿透Cache的写合并设计方法.使用同步动态随机存储器(SDRAM)的单个写方式和片上写缓冲器,对SDRAM一行内的局部数据采用写合并策略,由此提高了外部存储的访问效率,同时给出了连续和单个Cache读写的缓存与内存的数据一致性策略.在寄存器传输语言(RTL)仿真环境下使用mp3解码对Leon2处理器进行数据测试,结果表明:在缓冲区优化为3行8列的参数下,SDRAM每次行开启平均进行7.8个字的写入操作,外存的读写效率由12%提高到19%;在TSMC0.18μm工艺下,综合后面积为0.263mm2,流片后工作主频为100MHz.

实时视频SDRAM控制器的FPGA设计与实现

描述了一种1024×768高分辨率实时视频图像数据处理的方法。由于高分辨率的视频流数据量大,又要进行实时显示,对于这样大的数据量必定要求大容量存储器来进行缓存;SDRAM存储量大,价格低廉,非常适于本系统。分析了设计中所用的SDRAM性能、特点,给出了SDRAM初始化方式及其相应的模式设置值,并根据本设计的实际情况对SDRAM状态机进行了简化,给出了一种相对容易实现的SDRAM状态机。为了实现快速实时的视频传输数据,使用了两片SDRAM进行读写切换,以写满写SDRAM为切换的标志,这样保证图像数据实时显示。并在相应的硬件电路上做了彩条实验,证明控制器操作的可行性。

高速SDRAM控制器的嵌入式设计

为适应高数据吞吐速率的应用场合,在分析同步动态随机存储器(SDRAM)控制器工作原理的基础上,研究支持高数据处理效率可连续读写操作的存储控制算法。利用现场可编程门阵列设计SDRAM嵌入式存储控制器,采用CMD命令形式,根据猝发长度分配连续读写延时,通过数据通道控制与读写操作协同工作提高数据处理效率。测试结果表明,该控制器运行频率高于100 MHz,数据处理效率大于95%,适用于视频采集数据缓存及大型LED显示控制中。

大面阵CCD图像实时显示系统中的SDRAM控制器设计

在分析了同步动态随机存储器(SDRAM)的存储原理之后,针对大面阵CCD图像实时显示系统中的数据缓存问题,应用参数化设计思想,采用VHDL硬件描述语言在Xilinx公司的ISE开发环境下设计了一种较为通用的、接口简单的SDRAM控制器,并成功运用在大面阵CCD图像实时显示系统中,很好地完成了图像的存取任务。

基于SDRAM的大容量FIFO的方案设计

在数据高速采集系统中缓存是一个关键的部分,随着数据量的增加和速度的提高,对缓存的容量和速度提出更高的要求。采用Altera公司的Cyclone系列的FPGA设计了大容量高速率的可随时读写的FIFO,并将设计嵌入到数据采集系统中,完成了数据的存储功能。最后以QuartusII为平台进行设计,用Modelsim软件进行仿真,并已经应用到某型号设计中,达到了预期的目标。

基于FPGA的SDRAM控制器设计

介绍了SDRAM的结构和控制时序特点 ,以及基于FPGA的SDRAM控制器设计的关键技术 ,并引入仲裁机制 ,从而实现了快速高效地控制SDRAM。

延长相变存储器寿命的写操作Cache及其调度策略

相变存储器具有可扩展性好、单元尺寸小、静态功耗低等优点,是替代DRAM做主存的候选器件之一,但其可重复写入的次数有限。提出了一种基于DRAM写操作Cache的相变存储器主存结构,包括存储器控制器、读/写操作数据通路和标志域查找等。同时还提出了相应的调度策略,包括整体的读写调度以及基于写操作频率的替换策略等。仿真结果显示,所提出的方法可将相变存储器的寿命平均延长50%以上,同时使平均仿存延迟降低35%以上。

基于二维数据DRAM访问的缓冲管理器设计

根据DVD数据处理速度的要求和纠错数据块的特征,提出一种基于数据重排的数据访问管理方式,实现高速高效DRAM访问的数据缓冲管理器设计,达到比较高的RS PC行和列译码速度,以实现全程流水线处理的RS PC译码器设计.本设计采用MT4 8LC8M 16A2 ,可以达到二维数据访问方式,其DRAM带宽80Mbyte×16bit/s ,满足RS PC译码4 0Mbyte/s码字处理的缓冲要求,该设计为其他二维结构数据的DRAM访问提供一种可供参考的设计方法,具有很好的实用性.

选择性BF_2^+离子注入对提高DRAM刷新时间的研究

动态随机存储器(dynamic randomaccess memory,DRAM)电容器在存储高电位数据"1"时,将影响邻近记忆单元区晶体管栅极电场分布,从而导致漏电流增加,降低了刷新时间。研究提出针对位元线接触区、有选择性的浅掺杂漏极离子注入BF2+方案来改善刷新时间,模拟分析了其注入离子分布及电迁移,发现在位元线接触区硅基单侧浅表层形成了富硼离子注入区,且最大电迁移深度仅为60 nm,由此减少了对其它掺杂区的影响。电性测试结果表明,BF2+离子剂量与开启电压成正比,重复实验证明,该方案有良好的可再现性;分析结果表明,增加BF2+离子注入剂量能提高开启电压对制造偏差的容差能力;栅极关键尺寸在(90±15)nm波动范围内晶圆样品的NMOS电性测试结果表明,该离子注入法能保持与原有工艺的良好匹配性。进一步的分析结果指出,若开启电压升高,则刷新时间将会减少,若开启电压为0.8 V时,该离子注入方案能使刷新时间从180 ms提升到不小于300 ms,改良幅度达66.7%。模拟及实验分析结果表明,该离子注入方案能应用于深微米进程的研究与生产中。

全相联Cache的体系结构级功耗估算与分析

Cache是现代微处理器中消耗能量最多的部件之一。论文研究了全相联cache的组织结构,给出了一种全相联cache的体系结构级功耗估算模型,验证了该模型的有效性,并定量地分析了全相联cache组织结构的功耗特性。

基于DMA传输方式的SDRAM控制器的设计与实现

在简单介绍同步动态随机存储器(SDRAM)的基础上,提出了一种基于直接存储器读取(DMA)传输方式的SDRAM控制器,详细介绍了DMA控制器和SDRAM控制器的设计,并说明了其现场可编程门阵列(FPGA)实现后的性能。

一种支持大页的层次化DRAM/NVM混合内存系统

随着大数据应用的涌现,计算机系统需要更大容量的内存以满足大数据处理的高时效性需求.新型非易失性存储器(non-volatile memory,NVM)结合传统动态随机存储器(dynamic random access memory,DRAM)组成的混合内存系统具有内存容量大、功耗低的优势,因而得到了广泛关注.大数据应用同时也面临着旁路转换缓冲器(translation lookaside buffer,TLB)缺失率过高的性能瓶颈.大页可以有效降低TLB缺失率,然而,在混合内存中支持大页面临着大页迁移开销过大的问题.因此,设计了一种支持大页和大容量缓存的层次化混合内存系统:DRAM和NVM分别使用4KB和2MB粒度的页面分别进行管理,同时在DRAM和NVM之间实现直接映射.设计了基于访存频率的DRAM缓存数据过滤机制,减轻了带宽压力.提出了基于内存实时信息的动态热度阈值调整策略,灵活适应应用访存特征的变化.实验显示:与使用大页的全NVM内存系统和缓存热页(caching hot page,CHOP)系统相比平均有69.9%和15.2%的性能提升,而与使用大页的全DRAM内存系统相比平均只有8.8%的性能差距.

SDRAM及其可编程逻辑器件控制

对计算机内存 SDRAM的内部结构 ,主要信号及其时序控制作了详尽的介绍。提出了用可编程逻辑器件作为逻辑控制芯片对内存条进行控制 ,从而使在工程项目中使用计算机内存条成为可能 ,为需要大容量高速存储器的电子设计提供了一种新的思路。

优化内存系统能效的DRAM架构研究综述

介绍了不同层次优化内存系统能效研究的现状,对通过修改动态随机存取存储器(DRAM)架构优化内存系统能效的研究进行了详细论述。概述了通过修改内存控制器和操作系统实现的高能效DRAM系统的研究。着重介绍了通过修改DRAM架构实现内存系统能效优化的研究,并将这些研究分为"低延迟的DRAM架构"和"低功耗的DRAM架构"两大类进行介绍,其中低延迟架构的研究包括优化关键操作、降低平均访存延迟以及提升请求并发度等3个方面;低功耗的架构研究包括细粒度激活、低功耗与低频率芯片、优化写操作、优化刷新操作以及多粒度访存等5个方面。最后给出了关于修改DRAM架构实现内存能效优化的总结和展望。

基于FPGA的SDRAM控制器设计与实现

针对SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)在缓存图像数据时时序的控制比较复杂的问题,在研究SDRAM的特点和原理的基础上,提出了一种基于现场可编程逻辑器件FPGA(Field Programmable Gate Array)为核心的SDRAM控制器的设计方案。采用分模块的思想,把SDRAM的控制分成不同的功能模块,各模块之间通过信号状态线相互关联,并且相关模块利用状态机来控制整个时序的过程。另外,为了提高SDRAM的缓存速度,选择了SDRAM工作在页突发操作模式下,使SDRAM的读写速度有了大幅的提升。整个控制系统经过仿真和在线逻辑分析仪验证表明:控制器能准确地对SDRAM进行读写控制,稳定可靠,可应用于不同的高速缓存系统。