Заказать семинар!Фильм о работе в компанииPT Electronics на выставке ЭкспоЭлектроника
  • 8 800 333-63-50Звонок из регионов бесплатный
  • semicond@ptelectronics.ru
  • Задать вопрос

    Имя *

    E-Mail *

    Компания *

    Телефон *

    Вопрос *

    Защитный код *

    Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку своих персональных данных

  • Подписка на новости
    Укажите интересующие списки новостей:

Назад

Микросхемы высокоскоростной памяти от GSI Technology

7 Фев 2018

Автор статьи

Евгений Павлюкович

Скачать статью в PDF


Опубликовано в журнале «Вестник Электроники» №3-4 2017

Многим разработчикам из стран СНГ хорошо известны такие производители SRAM, как Cypress, ISSI, Renesas, Alliance Memory и IDT. Но немногие знают лидера этого рынка — GSI Technology. Возможно, причина кроется в том, что GSI специализируется на производстве только SRAM и до недавнего времени не имела локального представительства в СНГ. Данный материал открывает цикл статей о выпускаемых компанией микросхемах.

Введение

GSI Technology основана в 1995 г. в Купертино (шт. Калифорния, США). Компания разрабатывает только высокопроизводительную память большого объема с очень высокой скоростью случайного доступа к рандомным ячейкам (Transaction Rate), низкой задержкой, широкой полосой пропускания (Bandwidth Rate), высокой частотой тактирования и низким энергопотреблением и обладает репутацией производителя, который выпускает микросхемы с большим сроком жизни, коротким временем производства очередной партии и высоким уровнем технической поддержки.

В настоящее время штаб-квартира GSI располагается в Кремниевой долине, офисы и представительства размещены по всему миру (рис. 1). Офис, отвечающий за работу с заказчиками из Европы и России, находится в Тель-Авиве (Израиль). Локальный офис, отвечающий за развитие бизнеса в странах СНГ, расположен в Минске. Лаборатория, в которой разрабатываются IP-контроллеры для подключения памяти к ПЛИС и отладочные платы, находится в Атланте (шт. Джорджия, США).

компания GSI

Рис. 1. Расположение офисов компании GSI

Высокая производительность

Термин «высокая производительность» можно трактовать по-разному. Интересно, что на рынке сетевого оборудования наблюдается миграция в его понимании. Раньше основным параметром SRAM была задержка чтения (Read Latency) между тем, как адрес задан, и тем, когда данные считаны, так как SRAM и DRAM выполняют запись примерно за одинаковое время. Затем производители SRAM сконцентрировались на достоверности данных и тактировании. С увеличением объема информации, которую необходимо было сохранять в SRAM, производители сетевого оборудования, компьютеров и портативных устройств начали оценивать память по полосе пропускания данных (Data Bandwidth).
C появлением быстрого Интернета возросло значение времени запроса коммутатора к хостингу. И тогда стало очевидным, что Data Bandwidth не является самым критичным параметром, так как основную задержку в сетевом оборудовании вызывает время ожидания ответа на запрос о наличии информации по указанному адресу. Чем быстрее коммутатор будет опрашивать адреса, тем более производительной будет система. Скорость, с которой контроллер памяти может опрашивать ячейки, называется Transaction Rate. Таким образом, для понимания высокой производительности в настоящее время необходимо обращать внимание на оба этих параметра: Data Bandwidth и Transaction Rate. GSI, так же как и другие производители памяти, стремится в каждом новом поколении микросхем увеличить производительность как минимум вдвое (рис. 2).

SRAM-памяти

Рис. 2. Эволюция SRAM-памяти

Период жизни микросхем

На рис. 3 представлена история создания и обновления микросхем GSI начиная с момента основания компании. Согласно внутренней политике фирма производит новую микросхему как минимум каждые семь лет после выхода на рынок. На самом деле срок производства некоторых микросхем гораздо дольше. С целью уменьшения себестоимости и внесения улучшений выпускаются новые релизы, но изготовление предыдущего компонента продолжается еще некоторое время, чтобы предоставить заказчику возможность для адаптивного перехода. Например, микросхема GS832, выпущенная на рынок в конце 2001 г., претерпела рестайлинг в 2011 г., но производство ее первого релиза продолжалось еще полтора года. Обновленная версия GS832A выпускается по настоящее время. В большинстве случаев оптимальные параметры удается получить уже во втором релизе. GSI стремится сделать все возможное, чтобы обеспечить полную преемственность поколений, сохраняя тип корпуса, расположение выводов и программное обеспечение. При выпуске каждого последующего релиза инкрементируется всего лишь одна буква в парт-номере.

микросхемы GSI

Рис. 3. История производства микросхем GSI

Технология производства

GSI Technology является fables-компанией и не обладает собственными фабриками по производству кристаллов, пластин и корпусов. Для производства микросхем GSI пользуется услугами известных тайваньских фабрик TSMC и PTC. Микросхемы проходят полный цикл испытаний в лабораториях KYEC и Global Test. Для производства нескольких микросхем используется один мастер-кристалл. В настоящее время GSI выпускает самую широкую линейку SRAM — более 15 000 парт-номеров. Такая модель производства дает заказчикам явные преимущества:

  • возможность выбора оптимальной микросхемы по таким параметрам, как функциональные опции, рабочая частота, напряжение питания, корпус, температурный режим и др.;
  • быстрый срок производства очередной партии;
  • меньшее количество микросхем в минимальном заказе;
  • большое количество опций в микросхеме, конфигурируемых пользователем;
  • длительный срок жизни микросхемы.

Микросхемы GSI снимаются с производства только по двум причинам: закрывается фабрика или отсутствует спрос.

Карта продуктов

На рис. 4 представлены основные семейства микросхем GSI.

продукты GSI Technology

Рис. 4. Карта продуктов GSI Technology

Логика составления парт-номеров очень проста. Асинхронная память начинается с «7», а синхронная с «8». Следующие одна, две или три цифры означают объем. Для асинхронной — 1, 4 и 8 Мбит, для синхронной SyncBurst и NBT все то же самое. Однако поскольку в микросхеме к каждому восьмому биту добавляется девятый бит, то GS816x будет иметь объем 18 Мбит. Для второго поколения SigmaQuad II/II+ парт-номер инкрементируется еще на два. Например, парт-номер SigmaBurst 72 Мбит GS864x, а SigmaQuad-II — GS866x. Если в микросхеме реализован блок коррекции ошибок ECC, то парт-номер инкрементируется еще на один, например GS867x. Парт-номера семейств SigmaQuad и SigmaDDR второго, третьего и четвертого поколения заканчиваются на «2», «3» и «4» соответственно.

Несмотря на то, что GSI фокусируется на высокопроизводительной памяти, асинхронная SRAM также пользуется огромным спросом. Связано это, прежде всего, с тем, что AsyncSRAM достаточно широко представлена разнообразием парт-номеров, которые являются полными аналогами снятых с производства микросхем других производителей. Для подбора аналога на сайте GSI реализован удобный поиск — Cross Reference. В некоторых микросхемах расположение выводов адреса и данных может отличаться, но это не повлияет на работу системы в случае, если это микросхемы одной архитектуры. В таком случае переполнения не возникнет.

Доступные опции AsyncSRAM:

  • объем памяти 1–9 Мбит;
  • архитектура х4/8/16/24/32;
  • время доступа 8/10/12 нс;
  • напряжение питания 3,3 В;
  • корпуса TSOP-II, 119-BGA, 6×8 мм или 6×10 мм FPBGA;
  • индустриальное или коммерческое исполнение.

GSI производит не только самые быстрые микросхемы памяти в мире, но и микросхемы самого большого объема — до 288 Мбит. Если в качестве примера взять семейства SyncBurst и NBTBurst, то ближайшие конкуренты отстают по объему памяти в четыре раза, выпуская только 72-Мбит SRAM.

Большой объем памяти не всегда означает большой корпус. Для подтверждения этого обратимся к таблице.

микросхемы GSI

Таблица. Соотношение объема памяти и размеров микросхем GSI

Видно, что микросхемы семейства NBT и SyncBurst 144 Мбит и 288 Мбит выпускаются в меньшем корпусе, чем 72 Мбит. Корпус 165-BGA 15×13 мм обладает самыми малыми габаритами для этих семейств из доступных на рынке. Размеры корпусов показаны на рис. 5.

микросхемы 165-BGA

Рис. 5. Размеры корпусов микросхем 165-BGA

Кроме SRAM, GSI выпускает псевдо-SRAM — Low Latency DRAM-II объемом 144 Мбит и 288 Мбит, время доступа (tRC) 15 нс. По соотношению цена/производительность LLDRAM-II является промежуточным вариантом между SRAM и DRAM.

Не останавливаясь подробно на каждом семействе в первой статье о GSI, необходимо сказать, что это единственный производитель, разработавший семейство SigmaQuad-III и SigmaDDR-III. Также GSI является единственной компанией, выпускающей микросхемы такого уровня для расширенного диапазона рабочих температур –40…+125 °С или –55…+125 °С, с гарантией производства минимум 10 лет. Из других полезных опций, которые могут пригодиться отечественным разработчикам, можно выделить возможность заказа всех микросхем из одной партии и в свинцовых корпусах (non Pb-free). При этом ни одна из микросхем GSI не попадает под экспортные ограничения США или Европейского союза.

В ближайшее время от GSI можно ожидать выпуск на рынок первых образцов радиационно-стойкой памяти в следующих семействах:

  • SigmaQuad-II+ 288 Мбит, 144 Мбити 72 Мбит, архитектура х18 и х36, опция согласования сопротивления (On-Die Termination), рабочая частота до 350 МГц, 200 крад, 80 МэВ, керамический 165-ССGA корпус, диапазон рабочих температур –55…+125 °С.
  • SyncBurst и No Bus Turnaround 144 Мбит, 72 Мбит и 36 Мбит, x18 и x36, до 333 МГц, 300 крад, 80 МэВ, керамический 100-TQFP корпус, диапазон рабочих температур –55…+125 °С.

Микросхемы изготавливаются по 40-нм технологии и пройдут сертификацию по стандартам QML-Q и QML-V. Предварительную техническую документацию на компоненты можно уже сейчас загрузить с сайта производителя.

IP-контроллер для ПЛИС

В 75% проектов GSI микросхемы управляются из ПЛИС. Для их подключения необходим IP-контроллер. На сайте каждого производителя ПЛИС найдется универсальный IP-контроллер, который можно адаптировать под свою задачу, но на практике такой подход не дает хорошего результата. Память может работать не на максимальной частоте, может быть не реализован блок коррекции ошибок, но чаще всего задержка чтения критически велика. Поскольку GSI выпускает микросхемы с очень высокими характеристиками, то использование стандартного IP-контроллера нивелировало бы все преимущества. GSI является единственным производителем памяти, который вместе с микросхемами бесплатно предоставляет IP-контроллер, адаптированный под задачу заказчика.

В настоящее время разработаны IP-контроллеры для Xilinx (Virtex 6/7, Ultrascale) и Altera (Stratix 4/5).

IP-контроллеры написаны на языках Verilog или VHDL, листинги передаются заказчику по e-mail. Также их универсальные шаблоны для каждой микросхемы можно найти на сайте GSI.

Для написания и отладки IP-контроллеров GSI самостоятельно разрабатывает отладочные платы. Пример такой платы представлен на рис. 6.

Отладочная плата GSI

Рис. 6. Отладочная плата GSI

На плате может уже быть установлена ПЛИС, но чаще отладка GSI подключается к отладке производителя ПЛИС по разъему FMC. Отладочные платы не продаются, а предоставляются заказчикам бесплатно на срок до 90 дней. По запросу заказчика вместе с платой передается электрическая схема, топология, Gerber-файлы, перечень элементов. Для заказчиков, уже использующих микросхемы GSI, доступны ModelSim, Test Bench, IBIS, отчеты о надежности микросхем (FIT или MTTF), бесплатные образцы и другие необходимые документы. В случае возникновения технических вопросов служба поддержки клиентов GSI готова не только оказать помощь по e-mail или телефону, но и также, при наличии отладочной платы ПЛИС, диагностировать и исправить ошибку у себя в лаборатории.

Заключение

В следующих статьях о продуктах GSI будут подробно рассмотрены основные семейства SRAM, их различия и присущие особенности в сравнении с аналогичными микросхемами других производителей.