RAMBUS的FlexIO总线技术

我们知道,总线的并行结构与高频率、布线难度素来就是矛盾:并行总线存在严重的信号干扰,无法稳定工作在较高的频率下、传输性能极为有限,且总线宽度越大、工作频率越高,对布线工作要求就越苛刻,这就造成并行总线的性能很难有继续提升的空间。为此,计算机内的高速总线无一例外均转向串行体系,如PCI Express、HyperTransport、Serial ATA、IEEE1394a/b、USB 2.0等等―但RAMBUS公司提出的FlexIO总线技术却是一个例外,它以并行模式工作,工作频率高达6.4GHz,且布线工作相当容易,完全克服了并行总线的“先天弊病”。那么,FlexIO是如何实现这一点?奥秘就在于FlexIO所具有的FlexPhase电路、DRSL信号和VDR可变数据率(Variable Date Rate)三大技术。

FlexPhase电路技术:保持信号同步

FlexPhase电路技术的着眼点在于解决并行电路信号不同步的问题。我们知道,并行总线要求数据在传输时保持严格同步,如果线路长度不一,信号传输的时间必然不一致,为避免这一点,所有的并行总线都要求电路板上的线路必须长短相同。要实现这个目标,设计人员不得不采用蜿蜒布线的方式,这也是我们在各种电路板上都能看到折状线路的原因。显然,蜿蜒布线对于PCB设计和制造都有极高的要求,而随着总线宽度的增加,线路数量越多,布线变得越来越困难。更要命的是,如果想提高总线频率,线路长度的允许误差值就会急剧减小―当频率达到一定程度,对误差的要求将超出现有电路设计能力,业界不得不因此转向串行技术。

FlexPhase技术反其道行之,它不再以保持线路长度一致来维持信号同步,而是对每一条线路进行电信号的相位调节来实现这一目标。基于FlexPhase技术的芯片都配备发送/接收功能的相位调节器,它们可以对每个触点或引脚收到的信号在360度范围内以约1.4度的增量自由调节,直到保证所有信号都保持一致为止,它的信号精度可以达到2皮秒(1皮秒=1×10-3纳秒,FlexPhase技术的理论频率临界点为500GHz)。这项调整工作并不需要每次传输时都作重复,在系统加电时,总线控制逻辑会通过虚拟发送/接收的方式对所有线路进行相位扫描,然后根据结果来确定每条线路应调节的相位值,并把这些值保存起来,当数据传输的时候,每条线路就会根据自己的调整值自动校正,从而保证对方接收到的信号都是同步的。显然,FlexPhase技术比机械的蜿蜒布线技术聪明得多,要是这项技术能够被早点发明出来业界恐怕也不用费尽心思转向串行总线了。不过FlexPhase是Rambus的专利技术,它使FlexIO总线的工作频率轻松突破GHz级别而不会遇到任何信号不同步的麻烦。同时,FlexPhase也使得系统的布线变得简单,设计师不必拘泥于线路长度一致的约束,有效降低了设计成本。

DRSL信号技术:解决信号干扰

FlexIO的第二项法宝就是带有LVDS(Low Voltage Differential Signaling,低电压差分信号)的DRSL信号技术(Differential Rambus Signaling Level,差分Rambus信号电平) 。LVDS是一种特殊的信号传输技术,它是通过一对线来传输一个电信号,每对线中的两根线路存在一定的电压差,LVDS就是依据这种电压差决定传递的信号是“0”还是“1”。虽然每根线路的电压在传输过程中总会有波动现象,但每对线的电压差总是比较一定的,信号出错的概率几乎不存在。自然,LVDS不惧外来干扰,这种技术普遍为Serial ATA、Hypertransport、RapidIO之类的高速总线所采用。同时,LVDS只要很低的电压(大约350mV)便能工作,因此具有低功耗、稳定性高的优点。DRSL则是Rambus建立于LVDS技术之上的专有技术,不同之处在于它具有双向和单向版本,而且在直接芯片中整合了总线终结器,这在降低成本的同时有效提高总线信号的明晰度,也有利于稳定的高频运作。DRSL允许使用最低达200mV的可变电压,低功耗表现突出。在DRSL的辅助之下,并行总线的抗干扰能力得到进一步加强,令FlexIO可以稳定工作在更高的频率之上。

VDR: 高数据传输率的关键

FlexIO的第三项技术是VDR可变数据率(Variable Date Rate),这项技术可支持1-10倍于时钟速度的数据传输,可以支持400MHz-6.4GHz宽范围的系统时钟,厂商可以根据自身需要来决定采用何种数据率。PS3选择了最高的6.4GHz,使它成为拥有最快速总线的计算设备。

Rambus在2003年2月份推出FlexIO技术,由于性能超越其他技术的十倍以上,Rambus就将其定位于CPU前端总线和南北桥总线中意***吸引Intel、AMD等CPU厂商,不过未得到两者的垂青。而IBM恰好在开发Cell时对高速并行总线有着强烈的需求,FlexIO无疑雪中送炭,推出后不久IBM就决定采用它来作为Cell的前端总线技术。而与HyperTransport、PCI Express等开放性总线不同的是,FlexIO是一种专属性产品,IBM和索尼为获得授权必须向Rambus公司付费,这在一定程度上提高了Cell的生产成本。

FlexIO总线FlexPhase、DRSL、VDR三大技术的优势。

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