外部メモリー

概要

 

インテル® (旧アルテラ)の完全なメモリー・インターフェース・デザイン・ソリューションは、今日の高速メモリー・インターフェースの課題に対応します。特に、インテル® は多くの主要 SDRAM および SRAM メモリー・プロトコルはもちろん、ハイブリッド・メモリー・キューブ (HMC) や Bandwidth Engine などのシリアルメモリー技術ソリューションも提供しています。インテル® のメモリー・インターフェース・ソリューションは、高性能メモリー・コントローラー・オプション、メモリー PHY オプション、マルチポート・フロントエンド・オプション、誤り訂正コード (ECC) をサポートします。

Arria® 10 FPGA & SoC は、新しい革新的なハード・メモリー・コントローラーにより、業界最高性能のメモリー・インターフェースを提供します。
このハード・メモリー・コントローラーには、ソフト・メモリー・コントローラーと比較して、以下のような利点があります。

  • ハード・ロジック内でタイミング・クロージャー済みのため、エンジニアリング・サイクルと市場投入期間の短縮が可能
  • ユーザー・ロジック・リソースを節約
  • Fmax、効率、およびレイテンシー性能の向上を実現
  • メモリー・インターフェース・ソリューションの低消費電力化を実現

 

Arria® V および Cyclone® V デバイスもハード・メモリー・インターフェースをサポートしています。これらのハード・コントローラーおよび PHY の標準的な性能および使用率は、External Memory Interface Handbook に記載されています。

インテル® のソリューションでは高性能デバイス・アーキテクチャー、カスタマイズ可能な MegaCore® ファンクション、Quartus® 開発ソフトウェア、リファレンス・デザイン、デモボード、そしてシュミレーション・モデルなどが技術資料とともに提供されます。

ボード・スキュー・パラメーター・ツール (XLS) (英語版) は、大幅に設計時間を短縮すると同時にボード・スキュー・パラメーターの簡単で正確な演算を実現します。

表 1 では、インテル® のデバイスでサポートされる外部メモリー・インターフェースについて示します。外部メモリー・インターフェースに関する詳細は、外部メモリー・インターフェース・スペック・エスティメーター をご利用ください。

表 1. 外部メモリー・インターフェース・サポート

デバイス メモリーの種類
DDR4 DDR3 DDR2 LPDDR3 LPDDR2 RLDRAM3 RLDRAM2 QDRIV QDRII+Xtreme QDRII+ QDRII
Stratix® 10 (1) 2,666
  Mbps
1,333
  MHz
2,133
  Mbps
1,066
  MHz
1,600
  Mbps
 800
  MHz
2,400
  Mbps
1,200
  MHz
2,133
  Mtps
1,066
  MHz
1,266
  Mtps
 633
  MHz
1,100
  Mtps
 550
  MHz
 700
  Mtps
 350
  MHz
Stratix® V 1,866
  Mbps
 933
  MHz
1,066
  Mbps
 400
  MHz
1,600
  Mbps
800
  MHz
1,067
  Mbps
533
  MHz
2,200
  Mtps
 550
  MHz
1,400
  Mtps
 350
  MHz
Stratix® IV 1,066
  Mbps
 533
  MHz
 800
  Mbps
 400
  MHz
1,067
  Mbps
 533
  MHz
2,200
  Mtps
 550
  MHz
1,400
  Mtps
 350
  MHz
Arria® 10 (1) 2,666
  Mbps
1,333
  MHz
2,133
  Mbps
1,066
MHz
1,600
  Mbps
 800
  MHz
2,400
  Mbps
1,200
  MHz
2,133
  Mtps
1,066
  MHz
1,266
  Mtps
 633
  MHz
1,100
  Mtps
 550
  MHz
 700
  Mtps
 350
  MHz
Arria® V 1,334
  Mbps
 667
  MHz
 800
  Mbps
 400
  MHz
 800
  Mbps
 400
  MHz
 800
  Mbps
 400
  MHz
1,600
  Mtps
 400
  MHz
1,600
  Mtps
 400
  MHz
Arria® V GZ 1,600
  Mbps
 800
  MHz
 800
  Mbps
 400
  MHz
1,334
  Mbps
 667
  MHz
 700
  Mbps
 350
  MHz
2,000
  Mtps
 500
  MHz
1,400
  Mtps
 350
  MHz
Cyclone® V  800
  Mbps
 400
  MHz
 800
  Mbps
 400
  MHz
 667
  Mbps
 333
  MHz
Cyclone® IV  400
  Mbps
 200
  MHz
 668
  Mtps
 167
  MHz
MAX® 10   606
  Mbps
 303
  MHz
 400
  Mbps
 200
  MHz
 400
  Mbps
 200
  MHz

注 : (1) デバイス特性評価待ち

半導体プロセス・テクノロジーの絶え間ない進化により、組込みシステムの高集積化や、高機能化、高性能化が進んでいます。高性能メモリーシステムは、性能向上によって大きな利点を実現する一方で、ソフトエラーの影響に重点を置く必要性が増大しています。

電源電圧の低電圧化に伴い、集積回路はさまざまな種類の電磁放射線や粒子放射線の影響を受けやすくなっています。また、組込みシステムの DRAM メモリーサイズが数百 M バイト規模になると、自然発生するアルファ粒子に起因するソフトエラーが許容レベルを超える可能性もあります。さらに、インターフェース速度が 1 Gbps を超えると、過剰なノイズやジッターによって外部メモリーとの間の伝送ラインにエラーが発生する可能性も高まります。


誤り訂正コードによるソフトエラー耐性


ソフトエラー発生率の増加を受けて、多くの設計者が外部 DDR メモリーへの誤り訂正コード (ECC) の追加を検討し始めています。ECC を使用すれば、シングル・ビット・エラーを訂正し、システム障害の可能性を大幅に低減することが可能です。インテル® FPGA の SoC は、ECC をサポートするのに最適なデバイスです。必要なロジック機能をすべて統合しているため、DDR メモリーの幅を拡張するだけで外部メモリーの ECC を実現できます(図 1 参照)。

図 1. 一般的な外部 DDR メモリー・アーキテクチャー

 

ソフトエラー耐性に対するシステムレベルのアプローチ

SoC は、大容量内部メモリー (特に 512 KB レベル 2 キャッシュおよびオンチップ・ペリフェラル内のデータ・バッファ) の ECC サポートにより、ソフトエラー耐性をさらに強化します。

高性能組込みシステムは、多くの場合、高スループット実現のために外部 DDR に対して 32 ビット・データ・バスを採用しており、ECC によるソフトエラー耐性の強化が要求されます。インテル® FPGA SoC を使用すれば、ECC と 32 ビット・インターフェースを高性能かつ高信頼に組み合わせることが可能になります。

FPGA 外部メモリー・インターフェース・スペック・エスティメーターは、アルテラのFPGA上に実装した際の外部メモリ・インタフェースの最高性能を見つけ出し、比較することができるスペック見積りツールです。このツールでは、指定した検索条件に基づいて特定の性能を絞り込んだ後、選択した検討条件に基づいて各FPGAデバイスに実装した際の外部メモリ・インタフェースの性能を比較することができます。外部メモリ・インタフェース・スペック・エスティメーターでは、DDR3 SDRAM、DDR2 SDRAM、DDR SDRAM、LPDDR2 SDRAM、RLDRAM II、QDRII+ SRAM、およびQDRII SRAMインタフェースをサポートします。

このツールでは、サポートされている高速メモリ規格の特性に基づいてインテルのFPGA デバイスでサポートされる最大クロック・レートが見積りスペックとして表示されます。

最大クロック・レートの値はあくまでも、デフォルトのインテルのALTMEMPHYまたはUniPHY、およびHigh-Performance Controller II を単独でインスタンスした場合の、MegaCore® IP (intellectual property) のコントローラー・パラメーターに基づく推定値です。実際の性能値を得るには、Quartus® Prime ソフトウェアでデザインをコンパイルし、タイミング解析を行う必要があります。

外部メモリー・インターフェース・スペック・エスティメーターは、Stratix® V、Stratix® IV、Stratix® III、Arria® V、Arria® II GZ、Arria® II GX、Cyclone® V、Cyclone® IV、Cyclone® III デバイスファミリーをサポートしています。
メモリー・インターフェース・スペック・エスティメーターの使用に関する詳細は、外部メモリー・インターフェース・スペック・エスティメーター ユーザー・ガイド (英語版・PDF) をご覧ください。

外部メモリー・スペック・インターフェース・エスティメーターは現在、ベータ版にて提供しており、外部メモリー・インターフェース・スペック・エスティメーターの 免責条項 「Mem Emif Disclaimer」 に準じて提供されます。 ブラウザーとの互換性の問題や全体的な改善点等がございましたら、フィードバック にご協力ください。 技術的な問題をご報告いただく際は、ご使用のブラウザーとOSの情報を明記ください。

外部メモリー・インターフェース・スペック・エスティメーターの使用には、Adobe Flash Player 10 がブラウザーにインストールされている必要があります。 上記のスクリーンショットをクリックすることで、外部メモリー・インターフェース・スペック・エスティメーター が別画面にて立ち上がります。