QBM

更新时间:2022-02-23 11:30

2001年12月07日,美国内存公司Kentron公布了QBM(Quad Band Memory,四倍带宽内存)架构内存发展蓝图,其是为了解决DDR带宽提供困难而提出的设计方案,设计思路是让DIMM上的两个P-Bank交错工作,而交错的时钟周期为原始时钟的1/4,即相位相差90度,从而在不增加内存运行频率的前提下成倍的增加内存子系统带宽。

简介

QBM(Quad Band Memory,四倍带宽内存)采用一种‘位填塞’机制,不需要更高时脉频率的内存组件,在不增加内存基准频率的条件下,QBM可以利用现有的DDR内存和其它组件,实现了能获得两倍数据率的配置。其并不是什么全新的内存架构,也不是什么全新的内存产品,而是一种内存控制技术。

QBM与DDR一样,是通过缩短数据传输的时钟周期来提高传输带宽的,但两者有有所不同。DDR是通过在时钟频率的上下沿都存取数据来实现带宽倍增的。而QBM则是在此基础上做了一种改进。一个QBM模块由两个DDR内存模块组成,其中一个模块运行在正常频率的速度,而另外一个的模块的时钟周期比前一个模块时钟周期正好慢90度的相位差,也就是说两者的工作起始时间相差1/4个时钟周期,通过这种简单的方法来让QBM得到两倍于DDR内存的工作效率,即一个时钟周期实现了4次数据读写。QBM的两个DDR模块之间采用FET芯片进行连接,而这个FET芯片就起到场效应管的作用--当做延迟开关。这样就简单的完成了串联了两个DDR模块。

背景介绍

随着CPU前端总线带宽的提高和高速局部总线的出现,例如AGP8X,USB2.0高速以太网等,内存带宽成为系统越来越大的瓶颈。因此各种新的内存解决方案应运而生,首先要提得是DDR II, 日本ELPIDA已经推出了每pin数据传输率1000Mbps的DDR II颗粒,DDR II还有功耗低、可靠性高等优点。但是各大内存产商都认为DDR II成为主流至少要到2004年,悲观一点得认为2005年DDR II才会成为主流。

2003年的主流内存还是DDR333,那么对于高端桌面平台和工作站平台,会采用什么内存解决方案呢。在服务器平台上Intel已经推出了E7500双通道DDR芯片组,随后会推出针对高端桌面系统和工作站的E7502,可以使用双通过DDR333内存,它的内存带宽甚至要比E7500还高(限于 Pentium4Xeon的前端总线频率,E7500只能支持DDR200和DDR266内存模组)。VIA的双通道DDR芯片组P4X600已经出样,估计很快就会上市。不过双通道DDR系统的成本较高,它需要六层PCB板支持,要同时使用两个模组,在主板布线上也更加的复杂,因此双通道DDR系统的定位会比较高,主要是工作站平台。VIA另外引入了一个高带宽的内存技术QBM,QBM的名字并不是第一次听到了,只是首次有主流内存厂商来支持它。QBM可以说是一个向下兼容和成本较低的高带宽解决方案。

为了满足日益增加的处理器数据吞吐量的要求,还有高速的图形局部总线,磁盘通道,高速串行总线,PCI设备的要求,内存架构一直在进行更新换代。从486之后,内存就一直成为制约系统性能发展的主要瓶颈之一。虽然内存从快页内存发展到 EDO内存,然后又发展到 SDRAM内存,此时内存终于可以和系统时钟频率同步了。内存总线位宽也从32位发展到64位,频率也从66MHz到100MHz再到133MHz,内存的速度是不断的提高但总是追不上平台的要求。当SDRAM发展到一个瓶颈时,出现了两条不同的道路,一条是在SDRAM基础上发展起来的DDR SDRAM,它通过在一个时钟周期内的两倍采样率来达到频率倍增的效果。另一条是串行内存总线RAMBUS,由于串行总线的频率可以做得很高,现在的RDRAM采用了8bit Prefetch,比DDR要先进许多,因此在内存带宽上处于领先地位。但是随着市场的发展,DDR开始成为主流,而RDRAM的市场萎缩到高端工作站上。在SDRAM的发展过程中也出现过其它一些很有希望的技术,最有可能成功的应该算是QDR,故名思意QDR可以在一个时钟周期内进行四次数据传输,在同样频率下内存带宽是DDR的两倍,而且QDR内存仍然使用DDR颗粒,QDR也就是四倍数据传输率。不过没有主流芯片组厂商支持QDR,反而是QBM获得了VIA的青睐。

原理

QBM的芯片组简单地说就是使用了一个传统的64位DDR SDRAM内存接口,其中再整合进支持QBM模块的内存控制器。它的一个模组最小需要16片DDR SDRAM颗粒,这些颗粒中的8颗组成第一个段(bank),其它的颗粒组成第二个段。它们分别占用DIMM的两侧,QBM模组仍然采用184pin的接口,和现在的DDR SDRAM模组一样,接口电气规范是STTL_2,2.5V工作电压需要主板上提供总线终结电阻

QBM模组上有8颗寄存器(registers,QBM-10,分别针对8颗DDR SDRAM颗粒),这些寄存器的作用和锁相环(PLL)电路一样,通过这个锁相环电路可以使时钟信号延迟90度,它把第二个bank的信号的相位进行了90度延迟,而第一个bank仍然使用原始的时钟相位。 8个寄存器还有FET作用,所谓FET就是一个电路的切换开关,在每个时钟周期里循环切换两个bank来传输信号,因为有90度的相位延迟,因此在一个时钟周期中可以传输四位数据,也就是说最终的结果是在每个时钟周期可以得到两部的DDR数据传输率,每pin每个时钟周期可以传输4bit的数据,这也是Quad Band Memory名字的由来。

QBM结构在不增加存储器基准频率(内存总线工作频率锁相环(PLL)来实现4倍的内存带宽(相对于同基准频率的SDRAM)。

QBM利用了数据在接收器端(指芯片组中的内存控制器)没有必要保持长时间有效。当基准频率为100 MHz时,每个DDR器件输出的数据位的理想保持时间是5纳秒。而当接收器的设置和保持时间不足1纳秒时,很多时间被浪费掉(接收器等待内存数据)。为了降低位时间,就必须提高基准频率。为了避免高频带来的问题,QBM将每个位时间分割,使另外一个有效的数据位时序图内存控制器数据位

历程

前途似锦

2001年1月23~24日,在美国加州圣·乔治召开的Platform Conference会上,美国内存模块制造商Kentron展示了QBM技术。通过这种技术可以实现在一个时钟周期内4次数据传输,可以将目前的传统DDR内存在同等工作频率下,把数据传输带宽提升整整一倍,从根本上解决了DDR内存相对于RDRAM内存的不足之处,同时这种技术在目前的任何一种DDR内存上都能够发挥同样的作用。

而负责外部控制QBM运行的重要部件FET模块的成本极低。一颗FET模块仅需要1美元左右,通过这个FET模块,除了可以配合目前的DDR内存达到更高的速度以外,还能够减小系统的功耗,提高内存密度以及达到更快的系统总线速度,低成本实现高性能。也就是说,QBM内存的成本能够得到很好的控制,其成本理论上同DDR内存差不多。

鉴于QBM的良好发展前景,虽然很少有内存厂商直接表示对于QBM技术的支持,但是意法电子(ST Micro Electronics)、Integrated Circuit System和Actel三家著名的半导体公司已经公开表示支持QBM技术。Kentron公司也公开表示支持,目前正在和多家公司进行详细的洽谈工作,其中包括DDR内存架构的倡导者VIA,以及正在涉足芯片组研发领域的显卡业界霸主NVIDIA公司。同时业界也传出了有关SiS、ALi等芯片组厂商以及ATi意在支持QBM的传言。

风光无限

2003年8月,QuakeCon游戏大会上VIA首次展示了其Intel Pentium4平台最新芯片组PT880,并宣布该芯片组除了会支持双通道传统DDR内存的同时还会支持双通道QBM内存,使得一时间该芯片备受关注。

公开露面

Compute x2004展会上,VIA首次公开展示其QBM内存,演示了QBM内存在p4平台上的工作。展示的产品似乎使用双通道工作模式,QMB内存的工作频率为533MHz,可看到内存产品在2004年4月21日出厂,但它仍只是一款工程样品。

无奈夭折

2004年11月12日,VIA的威盛电子芯片暨绘图芯片业务处副总监许伟德生先向记者透露,由于QBM缺乏内存厂商的支持,加上DDR2的普及,QBM内存已没有多余的生存空间,VIA的芯片组将不会再对QBM内存作出支持,并终止了对QBM内存的研发工作。

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