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9款DDR实战内存延迟手工优化完全手册(33)


http://www.sina.com.cn 2005年05月25日 18:39 IT搜购网

  文/祥子

三、认清影响内存性能的关键

    在讲完 SDRAM 的基本工作原理和主要操作之后,我们现在要重要分析一下 SDRAM 的时序与性能之间的关系,它不再局限于芯片本身,而是要从整体的内存系统去分析。这也是广大 DIYer 所关心的话题。比如 CL 值对性能的影响有多大几乎是每个内存论坛都会有讨论,今天我们就详细探讨一下。这里需要强调一点,对于内存系统整体而言,一次内存访问就是对一个页 (Page)的访问。由于在 P-Bank 中,每个芯片的寻址都是一样的,所以可以将页访问“浓缩”等效为对每芯片中指定行的访问,这样可能比较好理解。但为了与官方标准统一,在下文中会经常用页来描述相关的内容,请读者注意理解。

    可能很多人还不清楚页的概念,在这里有必要先讲一讲。从狭义上讲,内存芯片芯片中每个 L-Bank 中的行就是页,即一行为一页。但从广义上说,页是从整体角度讲的,这个整体就是内存子系统。

    对于内存模组,与之进行数据交换的单位就是 P-Bank 的位宽。由于目前还没有一种内存芯片是 64bit 位宽的,所以就必须要用多个芯片的位宽来集成一个 P-Bank。如我们现在常见的内存芯片是 8bit 位宽的,那么就需要 8 颗芯片组成一个 P-Bank 才能使系统正常工作。而 CPU 对内存的寻址,一次就是一个 P-Bank,P-Bank 内的所有芯片同时工作,这样对 P-Bank 内所有的芯片的寻址都是相同的。比如寻址指令是 B1、C2、R6,那么该 P-Bnak 内的芯片的工作状态都是打开 B1 的 L-Bank 的第 C2 行。好了,所谓广义上的页就是指 P-Bank 所包括的芯片内相同 L-Bank 内的相同工作行的总集合 。页容量对于内存子系统而言是一个很重要的指标。这个参数取决于芯片的容量与位宽的设计。由于与本文的关系不大,就不具体举例了。

    早期 Intel 845 芯片组 MCH 的资料:它可以支持 2、4、8、16KB 的页容量

    总之,我们要知道,由于寻址对同一 L-Bank 内行地址的单一性,所以一个 L-Bank 在同一时间只能打开一个页面,一个具有 4 个 L-Bank 的内存芯片,可以打开 4 个页面。这样,以这种芯片组成的 P-Bank,也就最后具备了 4 个页面,这是目前 DDR SDRAM 内存模中每个 P-Bank 的页面最大值。

1、影响性能的主要时序参数

    在讲完内存的基本操作流程与相关的 tRP、tRCD、CL、BL 之后,我们就开始深入分析这些参数对内存性能的影响。所谓的影响性能是并不是指 SDRAM 的带宽,频率与位宽固定后,带宽也就不可更改了。但这是理想的情况,在内存的工作周期内,不可能总处于数据传输的状态,因为要有命令、寻址等必要的过程。但这些操作占用的时间越短,内存工作的效率越高,性能也就越好。

    非数据传输时间的主要组成部分就是各种延迟与潜伏期。通过上文的讲述,大家应该很明显看出有三个参数对内存的性能影响至关重要,它们是 tRCD、CL 和 tRP。按照规定,每条正规的内存模组都应该在标识上注明这三个参数值,可见它们对性能的敏感性。

    以内存最主要的操作——读取为例。tRCD 决定了行寻址(有效)至列寻址(读 / 写命令)之间的间隔 ,CL 决定了列寻址到数据进行真正被读取所花费的时间,tRP 则决定了相同 L-Bank 中不同工作行转换的速度。现在可以想象一下对某一页面进行读取时可能遇到的几种情况(分析写入操作时不用考虑 CL 即可):

1、要寻址的行与 L-Bank 是空闲的。也就是说该 L-Bank 的所有行是关闭的,此时可直接发送行有效命令,数据读取前的总耗时为 tRCD+CL,这种情况我们称之为页命中 (PH,Page Hit)。

2、要寻址的行正好是现有的工作行,也就是说要寻址的行已经处于选通有效状态,此时可直接发送列寻址命令,数据读取前的总耗时仅为 CL,这就是所谓的背靠背 (Back to Back)寻址,我们称之为页快速命中(PFH,Page Fast Hit)或页直接命中(PDH,Page Direct Hit)。

3、要寻址的行所在的 L-Bank 中已经有一个行处于活动状态(未关闭),这种现象就被称作寻址冲突,此时就必须要进行预充电来关闭工作行,再对新行发送行有效命令。结果,总耗时就是 tRP+tRCD+CL,这种情况我们称之为页错失 (PM,Page Miss)。

    显然,PFH 是最理想的寻址情况,PM 则是最糟糕的寻址情况。上述三种情况发生的机率各自简称为 PHR —— PH Rate、PFHR —— PFH Rate、PMR —— PM Rate。因此,系统设计人员(包括内存与北桥芯片)都尽量想提高 PHR 与 PFHR,同时减少 PMR,以达到提高内存工作效率的目的。

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