メモリーバンクとは？

DRAM のアドレス指定には、さまざまな層があります。おそらく最も広く知られているのは DIMM であり、DIMM (デュアル インライン メモリ モジュール) は RAM のスティックです。最終的に、メモリは行と列のアドレスによって管理されます。ただし、その間にはさらに多くのレイヤーがあります。メモリーはチャネルを介してアクセスされます。各チャネルは完全に独立しており、同時にデータを送信できます。

注:チャネルは独立していますが、ロックステップで動作し、同期されています。実装された各チャネルが同じ速度で動作し、正確なタイミングを持っていることを確認することが不可欠です。理想的には、接続されているすべての DIMM が同一で、1 つのキットからのものである必要があります。同一でない RAM は、安定性の問題を引き起こす可能性があります。異なる速度の DIMM が接続されている場合、最速のものは最も遅い速度に制限されます。

DIMM には、1 つまたは複数のランクの DRAM チップがあります。ランク内のすべてのチップは一度にアドレス指定され、基本的に 1 つの大きな DRAM チップとして CPU に提示されます。これは、データがランク内のすべての DRAM チップに分散されているためです。たとえば、チャネルの幅は 64 ビットで、DRAM チップの幅は 8 ビットです。データ ピンに 64 ビットのデータを提供するには、8 個の DRAM チップが必要です。ランクは基本的に、制御下にあるチップへの分岐点として機能するチップ セレクトによって定義されます。各チップには複数のバンクがあります。

DRAM のバンキング

1 つの DRAM チップには、複数のバンクがあります。DDR4 仕様ではアドレス バンクに 4 ビットが割り当てられ、DRAM チップごとに 16 バンクが可能です。各バンクは一般に独立しており、アクセス/リフレッシュ サイクルの任意の段階にある可能性があります。すべてのバンクには、1 セットのデータ ピンしかありません。この構成では、DRAM チップがクロック サイクルごとにデータを送信または受信するバンクが 1 つだけに制限されます。また、強力なパイプライン処理も可能です。これにより、十分な負荷がかかると、新しい行が開いている間アイドル状態になるのではなく、すべてではないにしてもほとんどのクロック サイクルでこれらのデータ ピンをアクティブにすることができます。

バンクについて知っておくべきもう 1 つの重要な点は、バンクが DRAM チップのランク全体で完全に同期されていることです。この同期は非常に完全であるため、バンクはランク内のすべての DRAM チップにまたがっていると見なすことができます。

実際の例

例を使用しましょう。この例では、バンク 2、行 3、列 4 にアクセスするための読み取り操作がランクに渡されます。ランク内のすべての DRAM チップは、2 番目のバンクの行 3、列 4 を開きます。それぞれが 8 ビットのデータを返します。ランクを定義するチップ セレクトは、受信したデータをチャネルの 64 ビット幅のフォーマットに連結し、CPU 上のメモリ コントローラーに送信します。

例をもう少し進めると、バンク 2 が読み取り要求を処理するのと同時に、バンク 3 がリフレッシュ操作を実行できます。さらに、バンク 1 は開いている行を閉じて、新しい行を開く準備をすることができます。バンク 7 は、同時に読み取り操作を完了できます。ただし、すべてのバンクが同じデータ ピンのセットを共有するため、データを同時に送信することはできません。バンク 7 は、データ ピンが解放されてデータを送信できるようになるまで待機する必要があります。

銀行システムの最適化

ランク内のすべてのバンクに要求を慎重にパイプライン処理することにより、メモリ コントローラーは、DRAM チップとチャネルの両方のデータ ピンを最適に使用できるようにします。たとえば、2 つのバンクに対する 2 つの読み取りコマンドがオーバーラップし、2 番目の読み取り操作が、データ ピンが最初の読み取り操作から解放されるまで待機したままになるとします。その場合、その時点でアクティブに使用されていない 1 つまたは複数の他のバンクにリフレッシュ操作を挿入できます。

結論

DRAM チップ内には、いくつかのバンクがあります。各バンクは独立して動作できますが、データ ピンはすべて共有されます。つまり、アクセスとリフレッシュ操作はパイプライン化できますが、書き込みまたは読み取り中の実際のデータは、一度に 1 つのバンクでしか送受信できません。各バンクはランク内のすべての DRAM チップにシームレスに広がり、これらのチップはロックステップで動作します。特にアクセスが最適化されている場合にバンクを使用すると、データピンの使用を最大化するのに役立ちます。以下でコメントを共有することを忘れないでください。