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技术洞见 | GDDR6内存设计介绍

技术洞见 | GDDR6内存设计介绍 牛芯半导体
2025-04-17
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导读:本文转载自系统级SIPI设计与仿真,转载文章仅供学习和研究使用。

本文转载自系统级SIPI设计与仿真,转载文章仅供学习和研究使用。


为什么需要GDDR6?



市场和客户对GDDR6的需求


  • 目标带宽为GDDR5的2倍:
    每设备最高64GB/s(32个I/O,16Gb/s/引脚,数据速率相对GDDR5提升2倍)。
  • 支持细粒度内存访问(对图形应用性能至关重要)。
  • 沿用类似BGA封装布局与引脚排列,便于利用现有PCB布线及信号分析经验。
  • 测量与仿真相关性需迭代优化。


GDDR6接口简介


  • GDDR6专注优化点对点配置。从SI角度考虑,由于单端速率达到16Gbps,所以不支持DIMM形式以及多Rank(一驱多拓扑,恶化SI性能)设计。
  • 所有高速I/O(CK、WCK、CA、DQ/DBI)都支持片上端接(ODT)。
  • WCK替代DDR DRAM的DQS,读写数据以WCK_t/WCK_c为参考,采用DDR模式。


DRAM核心架构/阵列预取


GDDR6通过2倍更宽的内部预取实现带宽翻倍:
  • 增加阵列预取是扩展性能最具成本效益的方式。下表为GDDR6和GDDR5的阵列预存取参数对比:
  • GDDR6将32位I/O接口分为两个16位逻辑通道(通道A/B独立运行),单个通道的预存取阵列与32bit的GDDR5相同。
  • GDDR6的burst长度16也是GDDR5的两倍。并串转换的比例1:16也是GDDR5的两倍,在相同的fck(Array)时钟频率下实现了data rate的翻倍。


GDDR6引脚数量


  • 总I/O数:74(包含CK、CA、WCK、DQ/DBI/EDC等)。
    CK时钟为双通道共用,WCK按byte配置。
  • GDDR6的ball排布:
    对称设计,每象限分配一个数据字节,方便PCB布线。
    水平镜像轴位于J行与K行之间。共用信号:RESET_n、VREFC、JTAG。
    共用信号:RESET_n、VREFC、JTAG。
    两个channel共用时钟,可以在相同频率下独立运行。
如上图所示,绿色位DQ/DBI/EDC信号,红色位WCK、CK、ZQ信号,橙色和黄色为CA/CKE信号。


Clamshell模式设计实现更高内存容量


  • 两颗GDDR6可配置为Clamshell模式,对Controller显示为密度翻倍的单一设备。
  • 两颗GDDR6对贴在一起增加了高速DQ信号的过孔和布线密度。需在GDDR6的PCBfanout设计时做一些调整。CA信号为一驱二拓扑,高速DQ、WCK信号信号保持点对点拓扑。
  • 对称的ball排布使Clamshell模式成为可能。
  • 在启动时配置Clamshell模式。


总线反转(DBI/CABI)


  • POD I/O系统仅在信号为低电平时消耗静态电流。
  • CABI(CA总线反转)与DBI(数据总线反转)限制电流的消耗与di/dt:
    CABI规则:当CA总线超过5位为低时反转信号。
    DBI规则:当每字节数据超过4位为低时反转信号。
  • DBI必须启用,CABI强烈建议启用。


数据链路保护(CRC)


  • 沿用GDDR5的CRC多项式,支持全速率与半速率校验:
    全速率CRC:16位校验,覆盖100%单/双/三比特错误。两个连接的8位校验和,由BL16突发的第一部分(UI 0到7)和第二部分(UI 8到15)分别计算得出。
    半速率CRC:8位校验,能够覆盖100%随机单比特、双比特,99.6%的三比特和四比特失败。两个8位中间校验和进行异或运算得到一个8位校验和。未显示存在额外的逻辑可防止两个中间校验和之间出现别名错误。


数据接收器参考电压


内部可编程(MR寄存器)VREFD,无VREFD引脚。
  • 步长0.005*VDDQ(6.75mV)。
  • 大范围:0.49*VDDQ到0.965*VDDQ。
  • 适用于48Ω/40Ω和60Ω/40Ω。
  • Per-pin和per-byte选择:Per-byte更快,执行更少的MRS命令。
1-tap DFE(判决反馈均衡):通过模式寄存器调节VREFD差异,支持按引脚或按字节配置。
两个具有不同VREFD的输入接收器(vrefd_p, vrefd_m) +输出mux;
vrefd_p和vrefd_m之间的偏差可通过模式寄存器(“DFE强度”)编程控制;
per-bit和per-byte编程可选,per-byte更快,执行更少的MRS命令。

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牛芯半导体,专注于高速互联技术的研发和持续创新,拥有完全自主可控的知识产权,提供全栈式接口IP授权和高速互联芯片的定制方案,赋能芯片国产化;已服务客户超百家,涵盖智能驾驶、人工智能、特种计算等领域,致力成为全球领先的高速互联半导体公司。
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