GDDR5的死敌 让人欢喜让人忧的XDR2显存

五大法宝——XDR2的技术突破

正如同PCI发展到PCI-Express，IDE发展至SATA一样，从RDRAM开始，Rambus公司坚持的串行发展路线，在今天终于得到了有利的印证。XDR2正是串行通信技术得到了长足发展的产物。

何为串行和并行？

简单来说，串行是用窄位宽高频率来传输数据，就像两车道的高速公路，车速可以高达300km/s；并行是用宽位宽和较低频率来传输数据，相当于6车道的城市公交，速度虽然只有300km/h，但是一次可以开六辆车。

目前正式发布的XDR2内存芯片的标准设计位宽为16-bit，目前传输速率高为8Gbps，单颗
XDR2芯片的数据带宽就将达到16GB/s（8×16÷8=16GB/s）。从整体结构来看，XDR2在内部架构的设计上和XDR非常类似。大的革新莫过于XIO2（第二代X DR2 IO控制器）以及XMC2（第二代
XDR2存储控制器）。

图3

从图3可以看到，每一颗存储芯片通过五条总线和XIO2以及XMC2直接相连。其中RQ总线用于传输寻址和控制命令，DQ总线用于数据传输。

根据Rambus披露的相关资料来看，XDR2基本沿用了XDR的设计思路，在为影响传输速度和带宽的频率方面，XDR2做出了如下调整：

1.XDR2在内部传输速度上比XDR更进一步，比如XDR2的总线频率比XDR提升了25%，达到
500MHz。
2.RQ总线的速度更是提升了2.5倍，由XDR的800MHz提升至2GHz。更高频率有助于降低整个系统的潜伏时间，提升响应速度。
3.为关键的数据传输DQ总线，XDR2提升到了16倍传输速度，高可以达到每总线
12.8Gbps的传输速度，这是整个XDR2技术提升速度的关键性因素。

当然，上述技术仅仅是表面上描述XDR2终性能提升的数值。辉煌的表面数据背后都是复杂的技术研究。那么XDR2有哪些法宝达到这么强悍的性能呢？我们分为下面五大技术解决方案：

法宝一：高速传输的基础——高达16倍的数据传输速率

对于存储设备来说，我们为关心的是它的速度。没错，我们反复强调，16倍的数据传输速率是XDR2核心和关键的技术进步（图4）。在串行总线中，如果无法维持更多的一次传输数据量，那么只有依靠极高的频率在同样的时间内尽可能多地传输数据。

图4

在每个时钟周期内，XDR采用了16倍传输速度。在同样的技术点上，GDDR只能在同时钟周期内传输2次，GDDR2则是4次、GDDR5也只有8次。但是GDDR系列先天的并行总线令其难以持续扩展频率，数据信号也会在高频下会变得非常脆弱，进一步发展比较困难。

XDR2的DQ总线的实际运行频率仅为800MHz，但是其经过16倍“增速”之后，名义运行速度高达12.8GHz，不过高频运行并不是单纯的提升速度就可以完成的，为了保证16倍数据传输速度的成功运行，XDR2还采用了众多辅助技术。

图5：未采用信号纠正技术时杂乱无章

从理论来说，更高的传输速度要求更低的错误率。比如在12.8Gbps的传输速度下，每传输15个单位的数据，数据错误多只能有一个。但实际传输过程中，数据信号不可能时刻运行在理想位置。特别是在高频运行的情况下，信号会更为脆弱（如信号的振幅、相位、位宽等都会由于干扰而产生变化）并导致严重的数据错误（图5）。为了避免这样的错误产生，XDR2采用了几种信号纠正技术来保证数据正确率（图6）。

图6：综合使用各种信号纠正技术后，信号清晰有序

Rambus宣称在XDR2中至少使用了6种技术来减少传输中的误差。其中比较重要的是
Enhanced FlexPhase时序调整技术，有关Enhanced FlexPhase的内容，我们将本文的另一部分详细叙述。除此之外，降低相位杂讯，并提供比目标资料传输率更多的频率倍数。其它如减少缓冲大小、管理电路信号，降低敏感电路的杂讯、减少由供电带来的杂讯并降低能耗等，都被用于保证高频率下数据传输的有效性。

总的来说，在应用了16倍数据传输技术后，XDR2能够在每个时钟周期内传输更多的数据，弥补串行传输的先天不足，并且简化了芯片的布线、针脚设计等问题。需要说明的是，作为XDR2速度提升技术的核心，16倍数据传输技术并非单独的一个技术，它是更多的技术综合运用的结果。