基于当代DRAM结构的存储器控制器设计

  • 文章关键词:
  • 1、引言
      当代计算机系统越来越受存储性能的限制。处理器性能每年以60%的速率增长,存储器芯片每年仅仅增加10%的带宽,本文就如何设计一种符合当代DRAM结构的高效存储器控制器进行研究。
    本文第二部分介绍当代DRAM结构特点;第三部分介绍存储器控制器结构以及调度算法;第四部分介绍模拟环境以及性能表现。
    2、当代DRAM结构
      为了提高存储器的性能,存储器控制器的设计必须充分利用当代DRAM的特点。DRAM是3D的存储器(体行列),每个体独立于其他体操作并且一次存取整行。当存储阵列的一行被存取(行激活),存储阵列的整行被传输到这个体的行缓冲。当一行在行缓冲中处于激活态,任何的读写(列存取)可以执行。当完成所有可利用的列存取,被缓冲的行必须依靠外在的操作(体预充电)写回存储阵列,为后来的行激活操作做准备。
      存储器存取调度者必须满足DRAM时序和资源限制。共享的地址和数据线资源使存取串行化到不同的DRAM体,但是每个体的状态机是独立的。因此,调度者必须仲裁要使用单一资源的预充电、行、列操作。要充分利用存储带宽,必须每次行激活下有足够的列存取并且隐藏其他体的预充电/激活延迟。
    3、存储器控制器结构及调度算法
      存储器存取调度是排序DRAM操作(体预充电,行激活,列存取)完成当前挂起的存储器存取的过程。操作表示一个命令(如行激活、列存取),被存储器控制器发射到DRAM。访问表示由处理器产生的存储器访问(如读访问或者写访问)。一个访问产生一个或者多个存储器操作。
     
    图1.存储器控制器结构
    图1显示采用存取调度算法的控制器结构。每个体有预充电管理器,行仲裁器。预充电管理器决定什么时候对与他相关的体预充电。每个体的行仲裁器决定哪一行被激活。列仲裁器被所有体共享,授权共享的数据线资源给来自所有挂起的访问的列存取。最后,预充电管理器、行仲裁器、列仲裁器发射选择的操作给单一的地址仲裁器,地址仲裁器授予共享地址资源给一个或者多个操作。
        预充电管理器,行仲裁器,列仲裁器可以使用多个不同的策略选择DRAM操作。由于地址线资源的是共享的,地址仲裁器策略决定哪个预充电、激活、列操作被执行。跟其他调度策略一样,按序或者优先权策略可用来作为地址仲裁器策略。列优先调度策略可以减少到激活行的访问延迟,然而预充电优先或者行优先调度策略会增加体并行性。
    下面介绍几种预充电管理器,行仲裁器,列仲裁器可能使用的调度策略:

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