移動行業(yè)正在以非常快的速度增長，其對數(shù)據(jù)和帶寬的永無止境的渴望。我們見證了從撥號盤到觸摸屏，從黑白顯示器到具有數(shù)百萬種顏色的QHD 4k顯示器，以及從KB到GB的內(nèi)存空間在很短的時間內(nèi)的變化。最大的挑戰(zhàn)是在不影響性能或在功耗列中添加任何重要數(shù)字的情況下增加帶寬。應(yīng)對這一挑戰(zhàn)的解決方案是JEDEC發(fā)布的LPDDR或移動DDR標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)進(jìn)行了多次修訂，最新的是LPDDR4。LPDDR4 提供 4266 Mbps 的數(shù)據(jù)帶寬，幾乎是 LPDDR3 的兩倍。與 LPDDR3 相比，它還顯著降低了功耗。

在本博客中，我們將討論使 LPDDR4 在功耗、帶寬利用率、數(shù)據(jù)完整性和性能方面高效的功能。

DBI（數(shù)據(jù)總線反轉(zhuǎn)）

LPDDR4 中引入了一種新的 I/O 信令方案，稱為低壓擺幅端接邏輯 （LVSTL）。LVSTL 使用的電壓電平明顯低于以前版本的 LPDDR 中使用的電壓電平。這種信令方案的另一個優(yōu)點是，當(dāng)?shù)碗娖剑?）通過I/O驅(qū)動器驅(qū)動時，它不消耗終止功率。這意味著如果數(shù)據(jù)流中有更多的零，則消耗的功率將更少。引入了 DBI 功能，以在數(shù)據(jù)流中保留比 1 更多的零。DBI 在字節(jié)級粒度下工作。每當(dāng)一個字節(jié)包含超過四個位數(shù)的位為 <> 時，驅(qū)動程序?qū)⒎崔D(zhuǎn)整個字節(jié)并發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)掩碼反轉(zhuǎn) （DMI） 位，以通知接收器相應(yīng)的字節(jié)已反轉(zhuǎn)。

FSP（頻率設(shè)定點）

LPDDR4 增加了兩組物理寄存器空間（FSP0 和 FSP1），無需重新訓(xùn)練即可在兩個不同的工作頻率之間切換。這些寄存器集以兩種不同的頻率存儲DRAM所需的所有操作參數(shù)，一種處于有效模式，另一種處于陰影模式。DRAM 將使用兩種頻率進(jìn)行訓(xùn)練，參數(shù)將在命令總線訓(xùn)練模式下存儲在寄存器集中。FSP0 和 FSP1 之間的切換，反之亦然，只需在模式寄存器上寫入即可快速完成。

TRR（目標(biāo)行刷新）

在相同芯片尺寸內(nèi)，內(nèi)存密度的增加會導(dǎo)致 DRAM 單元更小。與較大的電池相比，較小的電池可以存儲較小的電荷，這反過來又可以降低噪聲容限，從而使系統(tǒng)更容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯誤。此外，密集放置的細(xì)胞對串?dāng)_干擾的免疫力較低，最終導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯誤。要對行執(zhí)行任何數(shù)據(jù)操作，需要先激活它。這里的“激活”意味著將行的電池置于較高的電壓電平，而該行的其他行保持較低的電壓電平。當(dāng)一行被快速激活時，其電壓電平也會相應(yīng)變化，最終由于電池的靠近而加速相鄰行電池的放電速率。由于DRAM單元以電荷的形式將數(shù)據(jù)信息存儲在電容器中，這些電荷往往會在一段時間內(nèi)放電，因此在刷新周期內(nèi)需要一個刷新周期來保留存儲的電荷。由于相鄰行電池的放電速率加快，可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，因為電容器在下一個刷新周期到來之前已完全放電。為了克服這種情況，LPDDR4 引入了目標(biāo)行刷新 （TRR） 機(jī)制。TRR 限制刷新周期內(nèi)單行的最大激活次數(shù)（MAC 計數(shù)）。每當(dāng)每行的激活計數(shù)（目標(biāo)行）達(dá)到 MAC 計數(shù)時，TRR 過程將刷新相鄰行（受害行）以避免數(shù)據(jù)丟失。

I/O 信號培訓(xùn)

LPDDR4 提供了多種訓(xùn)練，以對齊或重新調(diào)整 I/O 信號相對于 CLK 或其他信號引入的延遲。根據(jù) LPDDR4 的標(biāo)準(zhǔn)物理接口定義，有 CLK、CS、CA、DQ 和 DQS 信號需要正確對齊才能成功傳輸數(shù)據(jù)。由于CA線在CLK信號處采樣，因此CA和CLK之間應(yīng)存在適當(dāng)?shù)南辔魂P(guān)系。類似地，DQ在DQS信號上采樣，因此兩者之間應(yīng)該存在相位關(guān)系。為了保持這些階段關(guān)系，LPDDR4提出了訓(xùn)練機(jī)制。讓我們看看這些：

指揮總線培訓(xùn)：這用于將CS和CA信號相對于CLK信號對齊。上電時，接收器配置為低速操作。在高頻下工作時，必須對接收器進(jìn)行訓(xùn)練。時序裕量需要根據(jù)CBT程序?qū)崿F(xiàn)的更高時鐘頻率重新調(diào)整。CBT 模式的進(jìn)入和退出由模式寄存器寫入命令控制。在CBT模式下，DRAM將切換到FSP_OP設(shè)置，這也需要進(jìn)行訓(xùn)練。DRAM 在 CS 信號處對 CA 總線進(jìn)行采樣，并將采樣信號的反饋提供給控制器，以便對 CS 和 CA 信號進(jìn)行定時調(diào)整。

寫入分級：這用于調(diào)整 DQS 輸入信號相對于 CLK 信號的延遲。寫均衡訓(xùn)練模式的進(jìn)入和退出由模式寄存器寫入命令控制。DQS 信號由控制器驅(qū)動，DRAM 對 DQS 邊緣的 CLK 信號進(jìn)行采樣。DRAM 通過在 DQ 上提供捕獲的 CLK 級別的反饋來響應(yīng)控制器。此反饋可識別 DQS 相對于 CLK 的超前或滯后，以便控制器可以相應(yīng)地重新調(diào)整延遲。

寫作訓(xùn)練（DQS-DQ訓(xùn)練）： 這用于將 DQ 輸入信號延遲與 DQS 輸入信號對齊。進(jìn)入寫入訓(xùn)練模式時，MPC WR_DQ_FIFO命令必須由控制器發(fā)出。此命令在 DRAM 中寫入用戶定義的數(shù)據(jù)，然后控制器發(fā)出 MPC RD_DQ_FIFO命令從同一位置讀回數(shù)據(jù)，并比較寫入和讀取的數(shù)據(jù)以重新調(diào)整 DQ 線路上的延遲。

這些功能使 LPDDR4 成為一個完整的封裝，非常適合用作任何移動 SoC 中的 RAM。這些功能必須在基于 LPDDR4 的 SoC 設(shè)計的任何驗證計劃中解決。Synopsys 為 LPDDR4 提供了完整的驗證解決方案，包括 JEDEC 和供應(yīng)商部件的運(yùn)行時選擇、一組內(nèi)置協(xié)議、時序和數(shù)據(jù)完整性檢查、可配置的時序參數(shù)、內(nèi)置的功能覆蓋范圍和驗證計劃以及對內(nèi)存的后門訪問。

審核編輯：郭婷