JP3384770B2 - コマンド・スタッキングを有する高帯域幅で狭い入出力のメモリ装置 - Google Patents
コマンド・スタッキングを有する高帯域幅で狭い入出力のメモリ装置Info
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Description
狭い入出力(I/O)のダイナミック・ランダム・アク
セス・メモリ(DRAM)に関するものであり、より詳
細にはいくつかのコマンドをスタックし、保留中の動作
の実行を自動的に開始して、連続する入出力データ・ス
トリームを提供することのできるDRAM機能に関す
る。
モリ(DRAM)の性能は、コンピュータ・システム性
能のよく知られている1つの制限要因である。プロセッ
サの速度は、急速にメイン・メモリの性能を上回ってき
ており、プロセッサの設計者とシステムの製造者は共に
DRAM装置が遅いことによる性能の制限を最小限に抑
えようとして、より高性能のメモリ・サブシステムの開
発に取り組んでいる。理想を言えば、メモリの性能はプ
ロセッサのそれと同じか、あるいはそれを上回ることが
望ましい。つまり、メモリのサイクル時間がプロセッサ
の1クロック・サイクルよりも短いことが望ましい。ほ
とんどの場合はそうでなく、メモリがシステムのボトル
ネックとなっている。例えば、最新技術の高速マイクロ
プロセッサは、クロックが333メガヘルツ(MHZ)
でクロック同期が3ナノ秒(ns)であるが、高性能の
SDRAMでアクセス時間が36ナノ秒もかかり、プロ
セッサの性能に遠く及ばない。
ディア・アプリケーションの人気が高まるにつれて悪化
する。マルチメディア・アプリケーションで必要となる
メイン・メモリやフレーム・バッファ・メモリの帯域幅
が、スプレッドシート解析プログラムなど計算を多用す
るタスク、またはワード処理や印刷など入出力(I/
O)を多用するアプリケーションよりも数倍大きいから
である。
RAM(同期DRAM)は、帯域幅を改善するために開
発されたものである。しかし、SDRAMとEDO R
AMは依然としてプロセッサの性能に適合しないため、
今でもシステム性能が制限されている。その結果、マル
チメディア処理および高性能システム用のより高速のマ
イクロプロセッサが開発されるにつれて、広い入出力の
SDRAMや二倍データ速度(DDR)のSDRAMな
ど、メモリ/プロセッサ間の性能のギャップを埋めるよ
り高速のメモリ・アーキテクチャが開発されてきてい
る。
の移行によって、メモリ装置および関連サブシステムの
大きな転換期を迎えるであろうと予測されている。これ
らの高帯域幅(データ速度)のDRAMは、配列内の複
数のビットにアクセスし、次いで8:1に多重化して、
500MHZを超えるクロック・データ速度を達成する
ことで、高いデータ速度を実現している。
多重化することで、チップ・ピンの数を9本にまで減ら
すダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ(DRA
M)用の高帯域幅のアーキテクチャが提案されている。
例えば、「Dynamic Random Access Memory System」と
いう名称のウェア(Ware)らの米国特許第543067
6号、「Dynamic Random Access Memory System」とい
う名称のウェアらの米国特許第5434817号、およ
び「Dynamic Random Access Memory System」という名
称のウェアらの米国特許第5511024号を参照され
たい。
では、コマンドは533MHZのクロック速度で9本の
ピンに直列に入力される。「要求パケット」と呼ばれる
制御情報のパケットが、トランザクション操作という処
理中に転送されてDRAMに格納される。事前に指定さ
れた待ち時間が経過した後、533MHZの転送速度で
データが入力または出力される。
ブ化されるページの行アドレス、読み取られる8バイト
(8バイト1組)のうちの最初の1バイトの列アドレ
ス、およびデータ・パケットを含んでいる。データ・パ
ケットは、入力データとデータ・マスキング・コマンド
を含んでいる。
クション処理時のバス切替え速度によって、システム・
バス・ネットワークに厳しい要件が課される。DRAM
とのシステム・コミュニケーションやハンドシェーキン
グはすべて9ビットのバスを介して行われるため、並列
システム操作が困難になる。この高帯域幅アーキテクチ
ャを使えば、高帯域幅RAMアーキテクチャよりもデー
タ転送速度が速くなるかもしれないが、回線争奪やバス
・ブロッキングによってシステム全体の性能が低下し、
シームレスなデータ転送が行えなくなる可能性がある。
は、早期にコマンドを発行する必要があるが、現在の装
置ではそれが可能ではない。しかし、早期にコマンドを
発行すれば、データ・バスに未知の状態が生じたり、デ
ータの発行順序が正しくなくなる可能性がある。
一目的は、単独のコマンド・バスと単独のデータ・バス
を備えた高帯域幅DRAM装置を提供することである。
し、保留中の操作の実行を自動的に開始して、可能な最
低のアクセス待ち時間が常に利用可能であることを保証
できるメモリを提供することである。
かのコマンドをスタックし、適切な時期に各コマンドを
内部的に実行し、それによって連続したデータ入出力を
保証するメモリ装置が提供される。このメモリ装置は、
メモリへのアクセスを即時に開始することも、コマンド
を「クロック・カウント」と一緒に「スタック」するこ
ともできる。クロック・カウントは、このメモリ装置に
よるコマンドの実行前に発生すべきクロック・サイクル
の数を定義する。メモリ・コントローラは、すべてのチ
ップへのすべてのアクセスを追跡して、データ・バスの
回線争奪が起きないようにする。このメモリ装置は、メ
モリへのアクセスを即時、またはメモリ・コントローラ
によって定義されるように、コマンドのクロック・カウ
ントによって定義されたクロック数だけ遅延させて開始
する。DRAMは、メモリ・コントローラのスレーブと
して動作するため、メモリ・コントローラによって定義
される以外の時間に命令を実行することはできない。こ
のメモリ装置を使えば、読取り操作ではDRAMへのメ
モリ・コマンドを、書込み操作ではメモリ・コマンドと
データを「早期に」または「ちょうどに」受け取ること
ができる。さらに、DRAM間またはDRAMとメモリ
・コントローラとの間あるいはその両方でビジー状態を
通知するのに、外部ワイヤもハンドシェーク信号も不要
である。
照すると、一連の読取りコマンドとそれぞれの関連デー
タが示されている。X、Y、Zは、コマンドとデータの
間の待ち時間を表している。連続したデータ(データA
→データB→データC)を維持するには、コマンドBを
早期に発行する必要があるが、これは現在の装置では不
可能である。言い換えれば、データ・バスの利用率をで
きるだけ100%近くに保つべき場合、コマンドとデー
タの間の待ち時間がさまざまに変わると、場合によって
は一度に複数のコマンドの発行が望ましくなる。図1に
示される例では、コマンド「C」がコマンド「B」より
も待ち時間が長いため、データ・バス全体が能力一杯ま
で利用されるようにコマンド「B」と「C」を同時に発
行することが望ましい。最悪の状況では、コマンド
「B」と「C」を同時に送らなければならないので、Y
+W=Z(クロック単位)となってしまう。
を早期に発行し、そのクロック・カウントと共にスタッ
クし、コマンドCはその通常の時間に発行することがで
きる。その場合、このメモリ装置によって適切な時期に
各コマンドが内部的に実行されるので、連続したデータ
が保証される。
の機能を実行すると予想される。 a)メモリが待機状態になっている閉じたバンクへのア
クセス(書込みまたは読取り)。完了時に新しいページ
を開いた状態にしておく。この操作には、行/列アクセ
スが必要である。 b)開いたバンクへのアクセス(書込みまたは読取
り)。その後でページを開いた状態にしておく。この操
作には、列アクセスだけが必要である。 c)閉じたバンクへのアクセス(書込みまたは読取
り)。その後でアクセスしたばかりのページを閉じる
(配列を閉じた状態にしておく)。この操作には、行/
列アクセスと、このバンクを閉じるための行の「プレチ
ャージ」操作が必要である。 d)開いたバンクへのアクセス(書込みまたは読取
り)。その後でアクセスしたばかりのページを閉じる
(配列を閉じた状態にしておく)。この操作には、列ア
クセスと行のプレチャージが必要である。 e)間違ったページが開いているときの開いたバンクへ
のアクセス。したがって、閉じる(プレチャージする)
元のページと、開く(配列を開いておく)新しいページ
が必要となる。この操作には、行のプレチャージと新し
い行/列アクセスが必要である。
メモリ装置が示されている。このメモリ装置は、狭い入
出力バス10と、BANK 0〜BANK Nのラベル
を付けたいくつかのサブアレイ131〜13nへの広い内
部バス11を有する。例えば、図に示すように、狭い入
出力バス10は16ビット幅であり、広い内部バスは1
28ビット幅である。サブアレイ13はたとえば16個
とすることができる。もちろん、サブアレイ13の数は
性能とチップ・サイズの兼ね合いに応じて16個より多
いことも少ないこともある。コマンドとアドレスは、シ
ステム・クロック信号RXCLKと共にデマルチプレク
サ(DEMUX)14に発行される。このメモリは、さ
らにコマンド/アドレス・スタック・レジスタ15を含
んでいる。コマンド/アドレス・スタック・レジスタ1
5は、クロック・カウント・レジスタ16、アドレス・
レジスタ17、およびコマンド・レジスタ18を備え
る。レジスタ15、16、17は、それぞれ複数のサブ
レジスタから構成され、複数のスタックされたコマンド
と、それに対応するアドレスおよびクロック・カウント
を格納する。将来実行されるタスクのコマンドとそれに
対応するアドレスは、コマンド・レジスタ18とアドレ
ス・レジスタ17にそれぞれ格納される。同様に、対応
するコマンドがサブアレイ13によって実行されるとき
の遅延時間を示すクロック・コマンドは、クロック・カ
ウント・レジスタ16に格納される。コントローラ22
は、クロック・カウントを減分し、クロック・カウント
がゼロになると、サブアレイ13に入っている対応する
コマンドを開始する。読取り操作用には、サブアレイ1
3からデータ入出力ピンDQ0〜DQ15にデータを経
路指定するために128:16マルチプレクサ(MU
X)19が設けられている。同様に、16:128デマ
ルチプレクサ(DMUX)20は、入出力ピンDQ0〜
DQ15からの書込みデータとシステム・クロック信号
RXCLKを受け取る。書込みコマンドがスタックされ
る場合は、スタックされる書込み操作に関連するデータ
を保持するためのデータ・スタッキング・レジスタ21
が含まれる。このため、書込みデータをコマンド・レジ
スタ15に格納されている対応する書込みコマンドと同
時に送るためには、書込みデータをスタックする必要は
ないことに留意されたい。最も簡単な実装では、コマン
ド・レジスタ18とデータ・レジスタ21を組み合わせ
て、以下のフィールドを設けることができる。
る。
が有効(つまり、保留中のコマンド)であるか、無効
(つまり、完了したコマンドまたは意味のないデータを
含む)であるかを記述する。任意のアクセスの完了(つ
まり、任意のデータ転送を含めてコマンド全体が実行さ
れた)時に、「有効フラグ」は「0」状態に設定され
て、そのレジスタ位置に有効なコマンドが存在しないこ
とを示す。好ましい実装では、このレジスタは幅1ビッ
トである(1=有効、0=無効)。
アドレスのシーケンスの表現を含む(好ましい実施形態
では、このシーケンスは装置によって受け取られるコマ
ンド・シーケンスと同じである)。例えば、コマンド・
バス幅が13ビットで、4クロックの情報を含む装置の
場合、このレジスタは13×4=52ビットとなる。も
ちろん、コマンド・ビットとアドレス・ビットは必要に
応じて別々のレジスタに分けて入れることができる。
込まれるデータ。前記のように、簡単な実装では書込み
操作をスタックしないようにすることもできる。例え
ば、データ・バス幅が18ビットで1バーストを8とし
て動作する装置の場合、レジスタは18×8=144ビ
ットとなる。
リ装置がコマンドを開始する前にカウントされるクロッ
クの数を定義する。好ましい実施形態では、この列のす
べての項目は有効なクロックごとに、すなわちJEDE
C(Joint Electron DeviceEngineering Council)互換
SDRAM上のクロック「マスク」など、装置の動作を
停止するコマンドによってマスクされないあらゆるクロ
ックごとに1ずつ減分される。
ーラはデータ転送期間(この実施形態では1バーストを
8として4クロック)を考慮し、それによってデータの
衝突が起きないようにする。例えば、完了するのに最高
32クロック必要とするコマンドを有する装置の場合、
このレジスタには少なくとも5ビットが入る(つまり、
「有効」フラグがリセットされる前に、最高32クロッ
クまでカウントできる)。
速で狭い入出力装置によって使用できるコマンドのサブ
セットが記述されている。これらの各コマンドごとに通
常の「待ち時間」が定義されており、この待ち時間は6
4MBテクノロジーに基づく装置に適用できる。
完了に関連する時間だけを含み、コマンド転送時間や
(「読取り」時の)実際のデータ転送に関連する時間は
含まない。好ましい実施形態では、「待ち時間」列の値
は「待ち状態カウント」レジスタに格納される値と同じ
である。
たコマンド・スタッキング・メモリ装置の操作を図式的
に示す状態図が示されている。パワー・オン・リセット
(POR)時29に、メモリ装置に電源が投入され、ア
イドル状態31に入り始める。この状態では、2つの事
態のどちらかが生じる。つまり、非待ち状態でコマンド
が受け取られ(32)、コントローラがメモリにコマン
ドの実行(33)を指示するか、あるいは待ち状態でコ
マンドが受け取られ、将来ある時期に実行される(3
4)かのどちらかである。後者の場合は、コマンドと、
そのコマンドが実行される時期を示す「クロック・カウ
ント」がスタックされ、待ち状態カウントダウン(3
5)が開始される。待ち状態カウントダウンがゼロにな
る(36)と、スタックされたコマンドが実行される。
同様に、上記と同じく、アイドル31、実行33、また
は待ち状態カウントダウン35の3つの状態のいずれか
の間に、2つの事態のどちらかが生じる。つまり、非待
ち状態でコマンドが受け取られ(32)、コントローラ
がメモリにコマンドの実行(33)を指示するか、ある
いは待ち状態でコマンドが受け取られ、将来ある時期に
実行される(34)。
た待ち状態のカウントダウン35を詳しく示す流れ図が
示されている。ブロック40から始まり、コマンドが、
将来そのコマンドが実行される時期を示すクロック・カ
ウントと共に、未使用(つまり無効フラグ)のレジスタ
に格納される。ブロック42では、そのレジスタのフラ
グが「1」に設定され、有効コマンドがその中に格納さ
れていることを示す。各有効クロックごとに待ち状態が
減分される(44)。判断ブロック46では、ゼロの待
ち状態があるかどうかが判断される。ゼロの待ち状態が
ない場合は、引き続き有効クロックごとに待ち状態が減
分される。特定の有効な待ち状態クロックがゼロと判断
されると、有効フラグが「0」(つまり無効)に設定さ
れ、スタックされたコマンドが実行される。
ントローラがいくつかのコマンドをスタックし、クロッ
ク・カウントに基づいた適切な時期に各コマンドを内部
的に実行するので、連続したデータ入出力が保証され
る。以上本発明を1つの好ましい実施形態に関して述べ
たが、頭記の特許請求の範囲の精神および範囲内で、本
発明が修正を加えて実効できることを、当事者なら理解
するであろう。
の事項を開示する。
するための複数のコマンド・レジスタを備えるコマンド
・スタックと、各クロック・レジスタがそれぞれ前記コ
マンド・レジスタのいずれか1つに格納された特定のコ
マンドに対応するクロック・カウントを格納する、複数
のクロック・レジスタを備えるクロック・スタックと、
コントローラの連続したクロックごとに前記複数のクロ
ック・レジスタのそれぞれを1ずつ減分し、前記対応す
るクロック・カウントがゼロになると、前記コマンドの
いずれかを開始するコントローラとを備えるメモリ装
置。 (2)前記コマンド・レジスタに格納される書込みコマ
ンドに対応する書込みデータを格納するための複数の書
込みデータ・レジスタを備えた書込みデータ・スタック
をさらに備える、上記(1)に記載のメモリ装置。 (3)有効なコマンドが対応するコマンド・レジスタに
含まれているかどうかを示すための複数のフラグ・レジ
スタを備えたフラグ・スタックをさらに備える、上記
(1)に記載のメモリ装置。 (4)コマンド・スタッキングを有する高帯域幅のメモ
リであって、第1のバスに接続された複数の多重バンク
同期メモリ装置と、前記第1のバスと複数のデータ入出
力ピンに接続されたより狭い第2のバスとの間で読取り
データを経路指定するためのマルチプレクサと、前記第
1のバスと前記第2のより狭いバスとの間で書込みデー
タを経路指定するための第1のデマルチプレクサと、前
記複数の多重バンク同期メモリ装置の機能を制御するた
めにシステム・クロックおよびメモリ・コマンドを受け
取るように接続され、前記各コマンドが、前記複数の多
重バンク同期メモリ装置によって前記コマンドが実行さ
れる前に渡さなければならないシステム・クロックの数
を示す対応するクロック・カウントを含む第2のデマル
チプレクサと、前記コマンドおよび前記対応するクロッ
ク・カウントを格納し、前記対応するクロック・カウン
トが前記各システム・クロックごとに1ずつ減分され、
前記対応するクロック・カウントがゼロのときに実行さ
れる格納されたコマンドに関連するアドレスによって識
別される多重バンク同期メモリ装置の1つに前記コマン
ドが転送されるコマンド・スタッキング・レジスタとを
備える高帯域幅のメモリ。 (5)複数の前記コマンドをスタックするためのコマン
ド・レジスタと、前記各コマンドに対応する前記クロッ
ク・カウントをスタックするためのクロック・カウント
・レジスタと、前記各コマンドに対応するアドレスを前
記複数の多重バンク同期メモリ装置内にスタックするた
めのアドレス・レジスタとを備える、上記(4)に記載
の前記コマンド・スタッキング・レジスタを有する高帯
域幅のメモリ。 (6)前記コマンド・スタック・レジスタに格納された
コマンドに対応する書込みデータを格納するために前記
第1のデマルチプレクサと前記第1のバスとの間に接続
されたデータ・スタック・レジスタをさらに備える、上
記(4)に記載のコマンド・スタッキングを有する高帯
域幅のメモリ。 (7)コマンドをスタックし、メモリ内の保留中の動作
の実行を自動的に開始する方法であって、将来実行され
る複数のメモリ・コマンドをコマンド・レジスタにスタ
ックする段階と、前記各メモリ・コマンドに対応するク
ロック・カウントを格納する段階と、連続したメモリ・
クロック・サイクルごとに前記各複数のクロック・カウ
ントを1ずつ減らす段階と、前記対応するクロック・カ
ウントがゼロになったときに前記コマンドのいずれかを
開始して、前記メモリ内の操作を実行する段階とを含む
方法。 (8)前記各複数のコマンドに関連するフラグを格納し
て、前記コマンドが有効なコマンドであるかどうかを示
す段階をさらに含む、上記(7)に記載のコマンドをス
タックしメモリ内の保留中の操作の実行を自動的に開始
する方法。 (9)書込みデータを書込みコマンドと共にスタックす
る段階をさらに含み、前記対応するクロック・カウント
がゼロになるとき、前記書込みデータが前記メモリに書
き込まれる、上記(7)に記載のコマンドをスタックし
メモリ内の保留中の操作の実行を自動的に開始する方
法。
を示すブロック図である。
である。
流れ図である。
に格納される 42 未使用のレジスタのフラグが「1」に設定される 44 有効なクロックごとに待ち状態が減少する 46 条件判断ブロック
Claims (9)
- 【請求項1】複数のメモリ・コマンドをスタックするた
めの複数のコマンド・レジスタを備えるコマンド・スタ
ックと、 各クロック・レジスタがそれぞれ前記コマンド・レジス
タのいずれか1つに格納された特定のコマンドに対応す
るクロック・カウントを格納する、複数のクロック・レ
ジスタを備えるクロック・スタックと、 コントローラの連続したクロックごとに前記複数のクロ
ック・レジスタのそれぞれを1ずつ減分し、前記対応す
るクロック・カウントがゼロになると、前記コマンドの
いずれかを開始するコントローラとを備えるメモリ装
置。 - 【請求項2】前記コマンド・レジスタに格納される書込
みコマンドに対応する書込みデータを格納するための複
数の書込みデータ・レジスタを備えた書込みデータ・ス
タックをさらに備える、請求項1に記載のメモリ装置。 - 【請求項3】有効なコマンドが対応するコマンド・レジ
スタに含まれているかどうかを示すための複数のフラグ
・レジスタを備えたフラグ・スタックをさらに備える、
請求項1に記載のメモリ装置。 - 【請求項4】コマンド・スタッキングを有する高帯域幅
のメモリであって、 第1のバスに接続された複数の多重バンク同期メモリ装
置と、 前記第1のバスと複数のデータ入出力ピンに接続された
より狭い第2のバスとの間で読取りデータを経路指定す
るためのマルチプレクサと、 前記第1のバスと前記第2のより狭いバスとの間で書込
みデータを経路指定するための第1のデマルチプレクサ
と、 前記複数の多重バンク同期メモリ装置の機能を制御する
ためにシステム・クロックおよびメモリ・コマンドを受
け取るように接続され、前記各コマンドが、前記複数の
多重バンク同期メモリ装置によって前記コマンドが実行
される前に渡さなければならないシステム・クロックの
数を示す対応するクロック・カウントを含む第2のデマ
ルチプレクサと、 前記コマンドおよび前記対応するクロック・カウントを
格納し、前記対応するクロック・カウントが前記各シス
テム・クロックごとに1ずつ減分され、前記対応するク
ロック・カウントがゼロのときに実行される格納された
コマンドに関連するアドレスによって識別される多重バ
ンク同期メモリ装置の1つに前記コマンドが転送される
コマンド・スタッキング・レジスタとを備える高帯域幅
のメモリ。 - 【請求項5】複数の前記コマンドをスタックするための
コマンド・レジスタと、 前記各コマンドに対応する前記クロック・カウントをス
タックするためのクロック・カウント・レジスタと、 前記各コマンドに対応するアドレスを前記複数の多重バ
ンク同期メモリ装置内にスタックするためのアドレス・
レジスタとを備える、請求項4に記載の前記コマンド・
スタッキング・レジスタを有する高帯域幅のメモリ。 - 【請求項6】前記コマンド・スタック・レジスタに格納
されたコマンドに対応する書込みデータを格納するため
に前記第1のデマルチプレクサと前記第1のバスとの間
に接続されたデータ・スタック・レジスタをさらに備え
る、請求項4に記載のコマンド・スタッキングを有する
高帯域幅のメモリ。 - 【請求項7】コマンドをスタックし、メモリ内の保留中
の動作の実行を自動的に開始する方法であって、 将来実行される複数のメモリ・コマンドをコマンド・レ
ジスタにスタックする段階と、前記各メモリ・コマンド
に対応するクロック・カウントを格納する段階と、 連続したメモリ・クロック・サイクルごとに前記各複数
のクロック・カウントを1ずつ減らす段階と、 前記対応するクロック・カウントがゼロになったときに
前記コマンドのいずれかを開始して、前記メモリ内の操
作を実行する段階とを含む方法。 - 【請求項8】前記各複数のコマンドに関連するフラグを
格納して、前記コマンドが有効なコマンドであるかどう
かを示す段階をさらに含む、請求項7に記載のコマンド
をスタックしメモリ内の保留中の操作の実行を自動的に
開始する方法。 - 【請求項9】書込みデータを書込みコマンドと共にスタ
ックする段階をさらに含み、前記対応するクロック・カ
ウントがゼロになるとき、前記書込みデータが前記メモ
リに書き込まれる、請求項7に記載のコマンドをスタッ
クしメモリ内の保留中の操作の実行を自動的に開始する
方法。
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