في جنون الذكاء الاصطناعي (AI) ، والتعلم الآلي (ML) ، واستخراج البيانات ، فإن رغبتنا في معالجة البيانات تُظهر نموًا غير مسبوق فهرس.في مواجهة هذا الاحتمال ، أصبح عرض النطاق الترددي للذاكرة "الشرايين" الرئيسية في العصر الرقمي.من بينها ، قامت تقنية DDR (معدل البيانات المزدوج) ، المعروفة بمعدلات نقل البيانات المزدوجة وعرض النطاق الترددي العالي كذاكرة وصول عشوائية ديناميكية (DRAM) ، إلى تعزيز تحسين أداء الكمبيوتر بشكل كبير.من ولادة الجيل الأول من تقنية DDR في عام 2000 ، إلى DDR5 في عام 2020 ، حقق كل جيل من تقنية DDR تحسينات كبيرة في جوانب مختلفة مثل النطاق الترددي والأداء واستهلاك الطاقة.

اليوم ، سواء كان جهاز الكمبيوتر أو الكمبيوتر المحمول أو الذكاء الاصطناعي ، فإن الصناعات المختلفة تتسارع إلى التحرك نحو عصر DDR5 الجديد.هذا العام ، يزدهر سوق AI Generation ، وقد عززت خوادم AI المستخدمة في تطبيقات النماذج الكبيرة بقوة الطلب على DDR5.مع استرداد الطلب على سوق الذاكرة ، أظهر موردو شرائح الذاكرة القدرة الإنتاجية لـ DDR5 في الربع الرابع من هذا العام لاستبدال DDR4 الحالي تدريجياً.

وصلت عصر DDR5 الجديد ، ومع ذلك ، فإن بعض التحديات أعاقت أيضًا تطوير الصناعة.

عصر DDR5: تحديات التصميم وراء الأداء المتطرف ذات السرعة العالية

في يوليو 2020 ، تم إصدار معيار تكنولوجيا الذاكرة DDR5 رسميًا ، مما يمثل تقنية الذاكرة فتحت فصلًا جديدًا.اجتذب DDR5 اهتمامًا واسع النطاق مع عرض النطاق الترددي الأعلى والأداء.بالمقارنة مع DDR4 السابق ، فإن أكبر ميزة لـ DDR5 هي أنها قللت بشكل كبير من استهلاك الطاقة وضاعفت عرض النطاق الترددي.على وجه التحديد ، وصل أعلى معدل لبروتوكول الإصدار الحالي لـ DDR5 6.4 جيجابت في الثانيةزاد تردد الساعة أيضًا من 1.6 جيجا هرتز إلى 3.2 جيجا هرتز.

عندما نستكشف المزيد من تفاصيل DDR5 ، نجد أيضًا أن هذه التكنولوجيا الجديدة قد جلبت بعض التحديات الفنية الإضافية.على سبيل المثال ، ينخفض ​​جهد مزود الطاقة من DDR5 بمقدار 0.1V بنسبة 1.2 فولت من DDR4 ، ليصل إلى 1.1 فولت. التحديات ، مثل التحديات التقنية ، مثل بعض التحديات التقنية ، مثل بعض التحديات التقنية ، مثل بعض التحديات التقنية ، مثل بعض التحديات التقنية ، مثل ، مثل ، مثل ، مثل بعض التحديات التقنية ، مثل التحديات التقنية ، مثل بعض التحديات التقنية. على سبيل المثال ، من المرجح أن تزعج الضوضاء ، مما يجعل سلامة الإشارة أكثر تحديا ، لأن مقدار الضوضاء بين الجهد بين الجهد أثناء مفتاح الإشارة يكون أقل وقد يؤثر على التصميم.

هناك تغيير رئيسي آخر في DDR5 يختلف عن الطريقة التي يتم بها دمج رقاقة إدارة الطاقة (PMIC) لـ DDR4 على اللوحة الأم. نقل DDR5 إدارة الطاقة IC (PMIC) من اللوحة الأم إلى وحدة الذاكرة المباشرة ذات العدوى المزدوجة (DIMM).يمكّن ذلك إدارة الطاقة وتنظيم الجهد وتسلسل الطاقة إلى المادية أقرب إلى جهاز التخزين على الوحدة النمطية ، مما يساعد أيضًا على ضمان سلامة مزود الطاقة (PI) وتعزيز التحكم في طريقة تشغيل PMIC.

بالإضافة إلى ذلك ، عندما يظل العدد الإجمالي لبتات البيانات دون تغيير ، فإن عدد قنوات DIMM من قناة واحدة إلى قناتين يعد أيضًا تقدمًا مهمًا. من خلال نقل البيانات إلى ناقل حركة قناة ضيقة ، يمكن إنشاؤه بشكل أكثر فعالية وإنشاء أكثر فعالية إشارات الساعة لتحسين سلامة الإشارة.

من الواضح أن تطوير معيار DDR5 قد أخذ في الاعتبار مشكلة تكامل الإشارة ، وسيقوم نقل PMIC إلى الوحدة النمطية أيضًا بموجب المزايا المقابلة.ومع ذلك ، لا يزال المصممون بحاجة إلى النظر في التأثير الكلي لسلامة إشارة مصدر الطاقة.كما ذكر أعلاه ، يحتوي DDR5 على معدل بيانات يصل إلى 6.4 جيجابت في الثانية وتردد ساعة النظام 3.2 جيجا هرتز. قد تسبب ضوضاء الطاقة مشاكل أكثر وضوحًا في هذه العملية عالية السرعة ، والتي ستؤثر على أداء النظام واستقراره.إذا تم تحليل سلامة الطاقة وسلامة الإشارة بشكل منفصل ، فقد يتم تفويت مشكلة ضوضاء مصدر الطاقة.

لذلك ، من أجل تنفيذ اللعب الكامل لأداء DDR5 ، يجب أن تشمل جميع النقاط الرئيسية للنظام الرقائق والتعبئة والتغليف و PCB لتحليل تكامل الإشارة لتأثير مزود الطاقة.ومع ذلك ، فإن تحليل هذا المستوى هو مهمة معقدة. له متطلبات عالية لأدوات الأجهزة والبرامج المستخدمة لتحليل المحاكاة لمنصة الحوسبة الأساسية. صعوبة وتعقيد التصميم.

حرر بالكامل إمكانات DDR5 ، الإيقاع

في وقت مبكر من عام 2005 ، ظهر مفهوم "مع الأخذ في الاعتبار تأثير مصدر الطاقة" لأول مرة. إنه طريقة محاكاة متطورة لتكامل الإشارة يمكنها تحليل الإشارات وضوضاء الطاقة في نفس الوقت (الشكل 1).يجب أن يأخذ حل تكامل الإشارة الذي يأخذ في الاعتبار تأثير مزود الطاقة التفكير في الانعكاس ، والترتيب ، والتسلسل وغيرها من التأثيرات ، ومجهز بتقنيات فحص المحاكاة المقابلة والقواعد.تجدر الإشارة إلى أنه من أجل تنفيذ محاكاة تكامل الإشارة بشكل فعال الذي يأخذ في الاعتبار تأثير إمداد الطاقة ، من الضروري أداء في مرحلة التحليل بعد الفحص المنتظم والأسلاك ، لأن التفاعل/اقتران الطائرة والإشارة يحدث بعد الانتهاء من الأسلاك.

لذلك ، يجب توفير الحل الكامل الذي يأخذ في الاعتبار تأثير إمداد الطاقة:

L مجموعة من حلول التفتيش السريع لتخفيف الإشارة وإمدادات الطاقة على الإشارات

يمكن أن يحاكي محاكاة مجال الوقت للدوائر الكبيرة (نتائج شبكات الإشارات المتعددة وشبكات الطاقة)

شبكة الطاقة ونمذجة شبكة الإشارة

L عازلة الإدخال/الإخراج (I/O) عالية المستوى (I/O)

الشكل 1: نتيجة سلامة إشارة كل من تأثير مصدر الطاقة

على الرغم من أن العديد من الأدوات في السوق تدعم معايير نمذجة I/O الأساسية التي تأخذ في الاعتبار تأثير مصدر الطاقة ، مع التطوير المستمر لتكنولوجيا واجهة الذاكرة ، فإن متطلبات السوق لأدوات تكامل الإشارة تزداد أيضًا. أداة الاستخراج الدقيقة لـ إشارة الاقتران ومصدر الطاقة وإشارة الأرض على ثنائي الفينيل متعدد الكلور نادر.

في هذا الصدد ، كمؤسسة رائدة في مجال محاكاة EDA ، توفر تقنية Sigrity X التي أطلقتها الإيقاع تحليلًا لتكامل الإشارات لتأثير مصدر الطاقة لـ DDR4 و DDR5.

لا تدرك تقنية Sigrity X فقط الاستخراج الدقيق للإشارات المقترنة وإمدادات الطاقة وإشارات الأرض على الرقائق والتعبئة والتغليف و PCB ، ولكن أيضًا يمكن أيضًا إجراء محاكاة فعالة على التأثيرات والخسارة والبطيئة والمفتاح المتزامن (SSO) في نفس الوقت وقت.يمكن للمصممين الذين يستخدمون تقنية sigrity تحويل نموذج المستوى الترانزستور بسرعة إلى نموذج IBIS السلوكي الذي يتطلع إلى تأثير القوة ، بحيث يمكنه في غضون ساعات قليلة ، أن يوفر محاكاة دقيقة وفعالة وشاملة للنظر تقصير العدد الأصلي من في الأصل يجب ترقيمه. دورة تصميم السماء.(الشكل 2)

الشكل 2: أداة سلامة إشارة الإيقاع وتكامل الطاقة في عبوات PCB و IC

تعمل Sigrity X Technology على تبسيط سير العمل ، وتوفر محاكاة متزامنة التصميم ودقة مستوى التوقيع للتحقق النهائي.يمكن حل الإشارات والطاقة والمشاكل الحرارية في كل مرحلة تصميم ، مما يقلل من عدد التكرارات بين فرق التصميم والتحليل.يمكن للمصممين تشغيل محرك المستوى النووي في تصميم قطعة قماش الرسم للمحاكاة عالية الدقة ، وبالتالي توفير تصميم عالي الجودة لفرق التحليل للتحقق.في وقت لاحق ، استخدم فريق التحليل محرك المحاكاة المتوازي على نطاق واسع من Sigrity لجعل محاكاة النظام الكاملة لضمان أن "شرق الرقائق PCB الكامل" يفي بمواصفات التصميم والاستعداد للتوقيع.

هذه المزايا تجعل Sigrity X أفضل حل لذاكرة DDR5 وواجهة 112 جرام.تجمع نمذجة ربط الوصل القياسية الذهبية بين محاكاة المجال الزمني (محاكاة الدائرة ومحاكاة القناة) لتحليل المسلسل/الحل (SERDES) ودعم واجهة نمذجة خوارزمية IBIS (AMI) ، والتي تعطي الإيقاع مزايا فريدة ، وبالتالي يمكن أن يوفر التوقيع على امتثال الواجهة وتوقيع امتثال الواجهة حلول كاملة.

علاوة على ذلك ، يمكن استخدام تقنية Sigrity Xtractim و Clarity ثلاثية الأبعاد بالاقتران ، والتي تسمح للمهندسين بإنشاء نماذج تغليف كاملة تحتوي الفجوة بين.

بالإضافة إلى ذلك ، تدعم تقنية Sigrity Systemi نموذج IBIS الذي يمكنه الاتصال بسرعة بتأثير مصدر الطاقة ونموذج التوصيل البيني الذي يأخذ في الاعتبار تأثير مصدر الطاقة. يمكن للمصمم تحديد أسوأ موقف من خلال هذه التكنولوجيا ومقارنته مع JEDEC Standard لضمان أن DDR4/DDR5 الواجهة (بما في ذلك متطلبات معدل الكود bitless) تلبي جميع المواصفات ذات الصلة.

الشكل 3 هو عملية التفتيش والمحاكاة التي تأخذ في الاعتبار تأثير مصدر الطاقة ، وهو ما يتناقض بشكل حاد مع عملية التصميم التقليدية التي يحركها القيد (الشكل 4).تتضمن عملية تصميم برامج التشغيل التقليدية بشكل أساسي أربعة أجزاء: الأسلاك قبل الترتيب ، وتشكيل القيد ، وفحص القواعد ، والتحقق بعد الأسلاك.

الشكل 3: الإيقاع يأخذ في الاعتبار عملية قيود سائق التأثير على إمدادات الطاقة

ضد

الشكل 4: مثال على عملية تصميم سائق القيد التقليدي

من بين العديد من تقنيات المحاكاة الحالية ، غالبًا ما تكون هناك قطع اتصال بين تحليل الإشارة وتوزيع الطاقة (PDN) ، وهناك بعض أوجه القصور الأخرى.في ظل الظروف العادية ، وفقًا لتعقيد نموذج التوابل ، استخدم أحيانًا محاكاة مجال الوقت لتوليد نماذج دقيقة للمقاومة/الحث/المكثفات (RLC) ، وأحيانًا تفترض طائرة أرضية مثالية.يعتمد نموذج المجال الزمني الذي تم الحصول عليه من هذا على استجابة التردد البسيطة لاستخراج المحاكاة. على الرغم من أنه أكثر ملاءمة ، إلا أنه غير كافٍ قليلاً من حيث الدقة. بالنسبة للترددات العالية ، سيستخدم المهندسون معلمات S التي تم إنشاؤها بواسطة جهاز حل مختلط.

في الواقع ، هناك أيضًا طريقة فعالة للجمع بين طريقة مجال الفرق المحدود (FDTD) مع جهاز الحل المختلط لتوسيع نطاق التغطية لإشارة وإمدادات الطاقة وخط التأريض.

حالة الممارسة الناجحة لهذه الطريقة هي أداة محرك Sigrity Speed2000 الخاصة بـ Cadence. إنها تدمج ودمج إخراج عدة حلول لحل الأسلاك الدارة وخطوط النقل ومشاكل المجال الكهرومغناطيسي ، ويمكنه عرض البيانات والتفاعل الطاقة/الطاقة بشكل أفضل في مختلف مرات.واستخدم طريقة FDTD لتحليل تخطيط عبوة IC و PCB.يوفر أساسًا مرجعيًا مهمًا لمزيد من التحسين لتصميم الدائرة.

عند إدخال مرحلة التوقيع النهائية ، عادةً ما يميل المهندسون إلى استخدام طرق نمذجة الموجة الكاملة ثلاثية الأبعاد للحصول على دقة أعلى.ولكن هذا سوف يستهلك المزيد من موارد الحوسبة وزيادة وقت المحاكاة.للتخفيف من هذه المشكلة ، يمكن اعتماد تقسيم التقسيم والموازاة.في هذا الصدد ، من خلال استخدام Clarity 3D Solver لتحليل تحليل العناصر المحدودة (FEM) ، ثم الجمع بين تقنية Sigrity Xtractim ، يتم إعادة تحديد نتائج كل تحليل لتشكيل نموذج معلمة S بناءً على استجابة التردد ، وبالتالي تحقيق نظام كامل للنظام بأكمله أو في التعمق والتحليل الدقيق للتصميم.

لخص

في نفس الوقت مع القفزة التكنولوجية ، تم تحسين التكنولوجيا ، ومن المحتم أن نضع تحديات جديدة للمصممين.في الطريق نحو ذاكرة DDR5 والتحديات الجديدة ، مع "الشفرة الحادة" الحادة من Cadence Sigrity X ، يمكن للمهندسين التعامل بهدوء مع القضايا المعقدة المتمثلة في سلامة الإشارة ، مما يضمن أن المنتج لا يتوافق فقط مع المواصفات. الأداء ، إضافة لبنة أخرى إلى طريق الابتكار المستقبلي.