Wat is een geheugenbank?

Er zijn veel verschillende lagen om DRAM aan te pakken. DIMM is waarschijnlijk de meest bekende, waarbij een DIMM ( Dual In-line Memory Module ) een stuk RAM is. Uiteindelijk wordt het geheugen beheerd via een rij- en kolomadres. Er zitten echter nog veel meer lagen tussen. Het geheugen is toegankelijk via kanalen. Elk kanaal is volledig onafhankelijk en kan tegelijkertijd gegevens verzenden.

Opmerking: hoewel de kanalen onafhankelijk zijn, werken ze in lockstep en zijn ze gesynchroniseerd. Het is essentieel om ervoor te zorgen dat elk bevolkt kanaal met dezelfde snelheid werkt en de exacte timing heeft. Idealiter zouden alle aangesloten DIMM's identiek moeten zijn en uit één set komen. Niet-identieke RAM kan stabiliteitsproblemen veroorzaken. Als DIMM's met verschillende snelheden zijn aangesloten, wordt de snelste beperkt tot de langzaamste snelheid.

Op een DIMM heb je een of meer rijen DRAM-chips. Alle chips in een rang worden tegelijk geadresseerd en worden in wezen aan de CPU gepresenteerd als één grotere DRAM-chip. Dit werkt omdat gegevens worden verspreid over alle DRAM-chips in een rang. Een kanaal heeft bijvoorbeeld een breedte van 64 bits en een DRAM-chip heeft een breedte van 8 bits. Er zijn 8 DRAM-chips nodig om 64 bits aan gegevens naar de datapennen te sturen. De rang wordt hoofdzakelijk bepaald door de chipselectie, die fungeert als een bifurcator voor de chips onder zijn controle. Elke chip heeft meerdere banken.

Bankieren op DRAM

In een enkele DRAM-chip zijn er meerdere banken. De DDR4-specificatie wijst 4 bits toe aan adresbanken, waardoor 16 banken per DRAM-chip mogelijk zijn. Elke bank is over het algemeen onafhankelijk en kan zich in elke fase van de toegangs-/vernieuwingscyclus bevinden. Alle banken hebben slechts één set datapinnen. Deze configuratie beperkt de DRAM-chip tot slechts één bank die gegevens per klokcyclus verzendt of ontvangt. Het maakt ook sterke pipelining mogelijk, waardoor die datapinnen bij voldoende belasting actief kunnen zijn op de meeste, zo niet alle klokcycli in plaats van stil te zitten terwijl een nieuwe rij wordt geopend.

Een ander belangrijk ding om te weten over banken is dat ze volledig zijn gesynchroniseerd over een reeks DRAM-chips. Deze synchronisatie is zo volledig dat kan worden aangenomen dat banken alle DRAM-chips in de rangschikking omvatten.

Een uitgewerkt voorbeeld

Laten we een voorbeeld gebruiken; in dit voorbeeld komt een leesbewerking door naar een rang om toegang te krijgen tot bank 2, rij 3, kolom 4. Alle DRAM-chips in de rang openen rij drie, kolom vier, in de tweede bank. Elk retourneert 8 bits aan gegevens. De chipselectie die de rang bepaalt, voegt de ontvangen gegevens samen in het 64-bits brede formaat van het kanaal en stuurt deze naar de geheugencontroller op de CPU.

Als we het voorbeeld iets verder nemen, kan bank drie op hetzelfde moment dat bank 2 het leesverzoek afhandelt een verversingsoperatie uitvoeren. Bovendien kan bank één zijn open rij sluiten om hem voor te bereiden op het openen van een nieuwe. Bank 7 kan tegelijkertijd een leesbewerking uitvoeren. Het kan de gegevens echter niet tegelijkertijd verzenden, aangezien alle banken dezelfde set datapinnen delen. Bank 7 moet wachten tot de datapinnen vrij zijn om zijn gegevens te verzenden.

Optimalisaties in het banksysteem

Door de verzoeken zorgvuldig naar alle banken in een rangorde te sturen, kan de geheugencontroller zorgen voor een optimaal gebruik van de datapennen van zowel de DRAM-chips als het kanaal in het algemeen. Stel bijvoorbeeld dat twee leescommando's naar twee banken elkaar zouden overlappen, zodat de tweede leesbewerking zou wachten tot de datapennen van de eerste zijn vrijgemaakt. In dat geval kan een verversingsoperatie worden ingevoegd in een of meer andere banken die op dat moment niet actief worden gebruikt.

Conclusie

Binnen een DRAM-chip zijn er verschillende banken. Elke bank kan onafhankelijk worden bediend, hoewel ze allemaal datapinnen delen. Dit betekent dat toegangs- en vernieuwingsoperaties kunnen worden gepijplijnd, maar dat de daadwerkelijke gegevens die worden geschreven of gelezen slechts door één bank tegelijk kunnen worden ontvangen of verzonden. Elke bank verspreidt zich naadloos over alle DRAM-chips in een rang, en deze chips werken in lockstep. Het gebruik van banken, vooral wanneer de toegang is geoptimaliseerd, helpt om het gebruik van de datapinnen te maximaliseren wanneer ze zwaar genoeg worden belast om dat mogelijk te maken. Vergeet niet uw opmerkingen hieronder te delen.