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嵌入式DRAM在网络处理中将扮演越来越重要的角色
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嵌入式 DRAM 在网络处理中将扮演越来越重要的角色
上网时间 : 2002 年 02 月 23 日
在网络处理器中采用嵌入式
DRAM
具有其它存储器不可比拟的优点:嵌入式
DRAM
可以提高网络处理性能;可以减少器件数量并降低功耗。本文将讨
论如何利用嵌入式
DRAM
减少元件数量和降低功耗,以及嵌入式
DRAM
如何满足网络处理器的存储要求。
互联网骨干网的数据速率每六到九个月翻一番,比摩尔定律的十八个月要快很多。同时,对服务质量的要求以及对数据量也在不断提高。这对网络系统
设备提出越来越高的要求,传统的技术方法难以为继。
网络处理器的的强大处理能力实现了传统处理器无法完成的网络功能。网络处理器市场竞争异常激烈,只有那些具有高可生产特性和性能的竞争者才能
胜出。而只有实现更高的带宽和更大的片上存储器才有可能实现这些特性。
嵌入式 DRAM 可以采用 DRAM 与逻辑相结合的工艺或采用平面型纯 CMOS 工艺。采用 DRAM 与逻辑相结合的工艺,硅成本较高,但密度比 SRAM 高
8 到 10 倍,更适合存储量大的大容量器件。纯逻辑工艺的平面 DRAM 密度比 SRAM 高 2 倍,而工艺复杂度和成本并没有增加。过去,DRAM 的随机存
取速度无法突破 100MHz,而最近已成功开发出 166MHz 的随机存取 DRAM。
DRAM 和 SRAM 在结构和性能上的区别决定了两者的工作方式不同。这些区别表现在 DRAM 的页模式和 DRAM 刷新要求上。
DRAM 将状态存储为模拟电压,在读取之前必须检测到该模拟电压。检测操作是一次性对整页的位并行进行。每页可以包含很多字,在检测后,可以通
过多工器以“页模式”高速存取。存储器设计不一样在存取上也存在差别,一页的容量可以为 64Kb 或更大,不同块或库中的页也可以通过快速多工器存取
(见图 1)。不同库也可以执行多个同步操作,如读/写和刷新,或者在数据传送量较小时将库关闭以降低功耗。
DRAM 要求周期性刷新来恢复电荷。检测操作可以自动恢复电荷,但如果不经常读取存储器,就必须进行一次虚拟读取操作。
除了这两点区别以外,SRAM 和 DRAM 还有很多共同点。现在的上千兆位 SRAM 要求具有冗余特性和内置自检(BIST),受软错误的影响越来越大。
四种基本类型的存储器
让我们考虑下一代网络处理器的要求(图 2)。下一代网络处理器要求四个基本类型的存储器:数据包存储器、包头存储器、路由表查询存储器和程序存储
器。
数据包存储器是一个数据缓冲器,存储待传输的有效载荷信息。这种出入处理器的数据流非常适合于连续存取的快速页模式 DRAM 的应用。由于数据包
存储器通常较大,在 32M 到 256M 之间,通常与片外 SDRAM 或 RDRAM 配合使用。
由于数据包存储器直接与数据流相连,带宽非常重要。数据包存储器还要求至少两个端口,这样在与数据流相连的同时,在需要时网络处理器仍然可以
对数据包存储器进行存取。
为了优化系统效率,必须适当选择数据包缓冲器的大小。最小的数据包至少应与缓冲器或段大小相当。如果数据包缓冲器过大,则对小数据包的存储效
率将非常低;如果太小,则必须使用多个缓冲器来保存绝大多数数据包。这样不仅影响存储器效率,由于还损失了一些用于写入未用存储器地址的周
期,因此还加大了对带宽的占用。另外,还要适当权衡数据包缓冲器大小和选择速度。如果可以迅速做出转发选择,则可以使用较小的数据包缓冲器,
这易于将数据包存储器集成在芯片上,节省了功率和空间。
包头存储器用于存储与数据包有关的包头信息。它以脉冲串形式写入,并以小数据包随机读取。处理器读取包头存储器,得到关于数据包的信息,并决
定处理这些数据的合适方法。包头存储器的大小通常为 256K 字节(2Mb),由于与数据包有关,数据的保存时间短。
查询存储器包含路由表,有时可用内容可寻址存储器(CAM)来实现。该存储器通常比较大,并在片外工作。路由表的大小在某种程度上与性能有直接关
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