支持高性能應用的SRAM

SRAM一直是網(wǎng)絡(luò )應用的重要組成部分，它可提高帶寬，從而在許多高性能應用中起著(zhù)主導作用。這些應用包括無(wú)總線(xiàn)時(shí)延 (NoBL)和四倍數據速率 (QDR) 等。就系統資源及內存帶寬要求而論，分組處理對內存帶寬的要求最高。分組處理塊內部的多個(gè)功能以及其它存儲功能要求采用不同的 SRAM 架構。因此需要采用支持 SRAM 的新型協(xié)議及架構，以滿(mǎn)足這些網(wǎng)絡(luò )系統的需求。
本文重點(diǎn)介紹針對網(wǎng)絡(luò )應用提供的高級 SRAM 架構。此外，還介紹了如何區分采用不同 SRAM 架構的各種應用以及促使用戶(hù)選擇 SRAM 的標準。

網(wǎng)絡(luò )應用中的SRAM
網(wǎng)絡(luò )設備廠(chǎng)商提供了廣泛的產(chǎn)品，從低端調制解調器到超高端核心路由器，這些產(chǎn)品為因特網(wǎng)注入了強大的動(dòng)力。更高系統帶寬的發(fā)展帶來(lái)了內存組件的市場(chǎng)需求，這些組件針對網(wǎng)絡(luò )應用進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)設計，以?xún)?yōu)化系統性能。網(wǎng)絡(luò )應用具有各種 SRAM 要求。這些要求大不相同，具體取決于所需的系統性能。
SRAM 供應商提供了針對不同系統性能需求的各種架構。此外，它們在封裝、工作電壓以及 I/O 接口方面也存在區別。
現在，設備設計人員需要從一系列內存產(chǎn)品中進(jìn)行選擇，以找到最符合其性能與成本標準的器件。下面將針對設計人員必須滿(mǎn)足的不同需求進(jìn)行討論。
SRAM 在網(wǎng)絡(luò )中的應用(見(jiàn)圖 1)可分為以下幾個(gè)功能：
數據包緩沖區
數據包緩沖區的主要功能是存儲數據包。所使用的內存應具有較高的帶寬，從而要求更寬的 I/O 總線(xiàn)。首選內存通常為具有寬 I/O 接口的QDR/DDR/DRAM。
查找表
查找表內存的主要功能是存儲 IP 地址及相關(guān)的端口地址，以便將數據包路由到端口。用于查找表的 SRAM 必須具有低時(shí)延隨機存取以及較短的存取時(shí)間。當數據速率小于 10Gb/s時(shí)，首選內存通常為 NoBL SRAM；當數據速率大于 10Gb/s時(shí)，則為 QDR SRAM。
隊列管理
隊列管理內存的主要功能是保存并控制數據流。通常，內存存取的讀/寫(xiě)比率為 1:1。用作隊列/數據包管理內存的 SRAM 應具有低時(shí)延及較短的隨機存取時(shí)間。對于低性能網(wǎng)絡(luò )應用，內存選擇通常為 NoBL；而對于高性能應用，則應移植到 QDR。
統計信息緩沖區
統計信息緩沖區的主要功能是保存有關(guān)該設備流量的統計信息。這些信息可能是幾個(gè)字節，也可能是幾個(gè)數據包。內存通常選用隨機讀/寫(xiě)。內存選擇通常為 NoBL/QDR，具體取決于系統的性能要求。
控制、流量?jì)?yōu)化與計費
控制緩沖區的主要功能是根據決策來(lái)路由數據?？刂凭彌_區的存取通常是因為 I/O 總線(xiàn)太窄而引起的。對于低性能應用，內存通常選用NoBL；而對于高性能應用，則應移植到 QDR。

多種SRAM 架構滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò )內存要求
網(wǎng)絡(luò )系統中使用的同步 SRAM 架構有許多種，包括管線(xiàn)猝發(fā)、直通 (Flowthrough)、無(wú)總線(xiàn)時(shí)延(管線(xiàn)/直通)和雙倍數據速率SRAM，以及四倍數據速率SRAM 等。
同步管線(xiàn)與直通 SRAM
同步管線(xiàn)與直通 SRAM 已上市多年，最初是為 PC 高速緩存應用而開(kāi)發(fā)的。它們通常用于低性能網(wǎng)絡(luò )，主要是為了降低成本。管線(xiàn)與直通 SRAM 的主要缺點(diǎn)是：在進(jìn)行讀與寫(xiě)操作轉換時(shí)，要求插入空閑周期。對于要求快速隨機變換讀與寫(xiě)內存存取的網(wǎng)絡(luò )應用來(lái)說(shuō)，這兩種架構的效率極低。
無(wú)總線(xiàn)時(shí)延SRAM
NoBL 架構不必在讀與寫(xiě)操作之間插入空閑周期，實(shí)現了 100% 的利用率，從而提高了總帶寬。NoBL SRAM 同時(shí)支持管線(xiàn)與直通操作。在采用管線(xiàn)NoBL的情況下，寫(xiě)入數據操作將延遲 2 個(gè)周期。而對于直通 NoBL，其寫(xiě)入數據操作將延遲 1 個(gè)周期。延遲的寫(xiě)操作不需要空閑的周期，因此為連續或隨機的讀/寫(xiě)操作提供了相同的帶寬。圖 2  顯示了采用管線(xiàn) NoBL SRAM 的簡(jiǎn)單讀/寫(xiě)存取過(guò)程。
經(jīng)過(guò)精心設計，NoBL SRAM可在很短的時(shí)間內代替同步管線(xiàn)與直通 SRAM ，應用到高性能網(wǎng)絡(luò )中。由于從同步過(guò)渡到 NoBL時(shí)只對控制器邏輯稍微作了些更改，因此移植到 NoBL SRAM非常簡(jiǎn)單。市場(chǎng)上還存在著(zhù)其它類(lèi)似的架構，如NtRAM 與 ZBT。
DDR/QDR SRAM
上面討論的同步架構都只有單個(gè)數據速率，其中數據與控制信號是沿著(zhù)時(shí)鐘的上升沿觸發(fā)，并且時(shí)鐘每上升一次就傳輸一個(gè)字的數據。
為了實(shí)現更高的數據傳輸速率并最大限度地提高吞吐能力， DDR SRAM 應運而生。DDR 器件可同時(shí)沿著(zhù)時(shí)鐘的上升沿與下降沿傳輸數據。
為了避免出現爭用總線(xiàn)的現象，通用 I/O 總線(xiàn)也分成了兩條總線(xiàn)；一條用于讀取，另一條用于寫(xiě)入，這就是QDR。
DDR/QDR SRAM 是針對新一代高速網(wǎng)絡(luò )應用(例如工作頻率在 200MHz以上的交換機以及路由器)的高性能 SRAM 架構。
圖 3顯示了SDR、DDR以及QDR的讀/寫(xiě)存取過(guò)程。對于均衡的讀取與寫(xiě)入操作，顯而易見(jiàn)，當頻率與 I/O 總線(xiàn)寬度相同時(shí)，QDR 可提供最高的帶寬。
圖4顯示了均衡的讀/寫(xiě)操作如何影響上述不同 SRAM 架構的帶寬。
從圖 4 及表 1 中可以明顯地看出，如果接口中存在均衡的讀/寫(xiě)操作，則獨立 I/O (QDR) 的效率非常高。如果存在非均衡的讀/寫(xiě)操作，則通用 I/O 接口 (DDR) 可獲得最高的性能。
結語(yǔ)
本文介紹了針對網(wǎng)絡(luò )應用提供的高級 SRAM 架構。根據時(shí)延、帶寬要求以及讀/寫(xiě)均衡可選擇最佳的 SRAM 架構?！?BR>