PAM4高速DRAM的信令
文章作者:Richard Quinnell
美光科技将PAM4信号引入高速DRAM，这可能是多层逻辑时代的曙光。
几十年来，我们在我们的行业中看到了更加不懈的需求：更多的处理，更多的内存，更多的数据带宽。这具有LED存储器系统，以采用宽松的总线宽度和不断增长的时钟速度。然而，最后，新选项正在变得实际 - 增加每个引脚的比特数。
传统的存储接口使用了标准逻辑使用的相同类型的信号，一个非归零(NRZ)二进制数据，具有两个信号电平来传递一个比特。然而，网络和其他高速总线，如56G以太网，几年前开始转换到多级信号。他们的四电平脉冲幅度调制(PAM4)信令方案为每条信号线编码两位，目前有许多收发器支持这一方案。
PAM4的优点是显而易见的。该方案与NRZ相比，将给定时钟速度的数据速率加倍，或者另一种方式使给定数据速率的时钟速度一倍增加给定时钟速度的数据速率。如果您需要更高的带宽，可以获得它。如果您不需要带宽，则较低的时钟频率转化为CMOS逻辑的较低功耗以及减少系统设计中的辐射EMI问题。万博投注网址
然而，使用这种编码方案也有一些缺点，这些缺点一直限制了它的使用。当然，为了由传统的一行一位处理器处理，解码一行两位信号需要额外的逻辑，这增加了成本和复杂性。然而，更重要的是四级信号引起的噪音范围的减少。
作为图1可见，在给定噪声水平下，NRZ信号的眼图比PAM4信号的眼图要开放得多。与NRZ相比，PAM4的信噪比约为-9.54 dB。这种减少迫使开发人员更加严格地控制电路板的轨迹，并使芯片设计更加关键。再加上额外的逻辑成本，到目前为止，这些考虑因素排除了在处理设计中使用PAM4，并将其限制在批量数据传输中。
图1PAM4信令以NRZ的一半时钟速度传输数据，但代价是降低噪声限度。(来源:微米技术)
情况最近发生了变化。为满足图形和人工智能处理的高内存带宽需求，美光科技将PAM4信号引入高速DRAMgddr6x dram.。与NVIDIA一起工作，该NVIDIA开发了一个兼容的内存控制器RTX 30系列在gpu上，美光已经能够在量产芯片中提供每秒1tb (Tb/s)的系统内存带宽。
这不是卑鄙的壮举。Micron Technology的图形内存业务总监RALF EBERT表示，该公司在2006年以来一直在研究该技术，以及在释放GDDR6X之前的近三年的产品开发中。他们在沿途开发了关于PAM4信号的45项专利。
这个概念很简单。要将传入的PAM4信号转换为一对NRZ位，例如，您需要的是并行操作的多个阈值检测器（图2)。在微米设备中，这些探测器提供可编程的阈值，允许设备调整到其特定的工作环境，以获得最大的可靠性。
图2需要多个阈值传感器将PAM4信号转换为传统的NRZ逻辑。（来源：Micron GDDR6x数据表）
当然，魔鬼在细节。考虑到在其系统内存中使用PAM4信令的开发人员需要在设计和制作他们的板上比平常行使更好的照顾。此外，尽管PAM4中的四个级别使用灰度码分配，使得相邻电平仅不同，但是开发人员还可能需要结合纠错编码（ECC）来补偿PAM4信令的减少的SNR。并测试界面呈现自己的一系列挑战。
尽管如此，释放一个存储设备和相应的控制器，其工作与多级信号而不是二进制，并可以批量生产是重要的。这意味着二元逻辑的时代可能开始退潮。当然，现在还处于早期阶段，而且成本是一个关键因素，二进制从主流应用中退出可能还需要几十年的时间。这次发布很可能是多层次逻辑时代的曙光。
美光还没有将内存接口提交给JEDEC以成为行业标准。尽管如此，它仍然是一个开放的标准，允许其他开发人员考虑通过与美光公司合作来采用该技术来开发系统。其目标是利用图形市场的批量需求来压低价格，鼓励其他应用程序切换到PAM4内存。这一转变会多快发生，拭目以待吧。
本文最初发表于经济日报。
丰富Quinnell是一个退休的工程师和作家，以及Edn的前任主编。
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