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理性VS激情,DDR内存的终极优化

2006-7-25中关村在线佚名

 

  无论是自动预充电还是交错工作的方法都无法消除同行(页面)寻址时tRCD 所带来的延迟。要解决这个问题,就要尽量让一个工作行在进行预充电前尽可能多的接收工作命令,以达到背靠背的效果,此时就只剩下 CL 所造成的读取延迟了(写入时没有延迟)。

  如何做到这一点呢?这就是北桥芯片的责任了。现在我们就又接触到 tRAS 这个参数,在 BIOS 中所设置的 tRAS 是指行有效至预充电的最短周期,在内存规范中定义为 tRAS(min),过了这个周期后就可以发出预充电指令。对于 SDRAM 和 DDR SDRAM 而言,一般是预充电命令至少要在行有效命令 5 个时钟周期之后发出,最长间隔视芯片而异(目前的 DDR SDRAM 标准一般基本在 70000ns 左右),否则工作行的数据将有丢失的危险。那么这也就意味着一个工作行从有效(选通)开始,可以有 70000ns 的持续工作时间而不用进行预充电。显然,只要北桥芯片不发出预充电(包括允许自动预充电)的命令,行打开的状态就会一直保持。在此期间的对该行的任何读写操作也就不会有 tRCD 的延迟。可见,如果北桥芯片在能同时打开的行(页)越多,那么 PFHR 也就越大。需要强调的是,这里的同时打开不是指对多行同时寻址(那是不可能的),而是指多行同时处于选通状态。我们可以看到一些 SDRAM 芯片组的资料中会指出可以同时打开多少个页的指标,这可以说是决定其内存性能的一个重要因素。

  但是,可同时打开的页数也是有限制的。从 SDRAM 的寻址原理讲,同一L-Bank 中不可能有两个打开的行(读出放大器只能为一行服务),这就限制了可同时打开的页面总数。以 SDRAM 有 4 个 L-Bank,北桥最多支持 8 个 P-Bank(4 条 DIMM)为例,理论上最多只能有 32 个页面能同时处于打开的状态。而如果只有一个 P-Bank,那么就只剩下 4 个页面,因为有几个 L-Bank 才能有同时打开几个行而互不干扰 。Intel 845 的 MHC 虽然可以支持 24 个打开的页面,那也是指 6 个 P-Bank 的情况下(845MCH 只支持 6 个 P-Bank)。可见 845 已经将同时打开页数发挥到了极致。

  不过,同时打开页数多了,也对存取策略提出了一定的要求。理论上,要尽量多地使用已打开的页来保证最短的延迟周期,只有在数据不存在(读取时)或页存满了(写入时)再考虑打开新的指定页,这也就是变向的连续读 / 写。而打开新页时就必须要关闭一个打开的页,如果此时打开的页面已是北桥所支持的最大值但还不到理论极限的话 (如果已经达到极限,就关闭有冲突的L-Bank内的页面即可),就需要一个替换策略,一般都是用 LRU 算法来进行,这与 VIA 的交错控制大同小异。

  回到正题,虽然 tRAS 代表的是最小的行有效至预充电期限,但一般的,北桥芯片一般都会在这个期限后第一时间发出预充电指令(自动预充电时,会在tRAS之后自动执行预充电命令),只有在与其他操作相冲突时预充电操作才被延后(比如,DDR SDRAM 标准中规定,在读取命令发出后不能立即发出预充电指令)。因此,tRAS 的长短一直是内存优化发烧友所争论的话题,在最近一两年,由于这个参数在 BIOS 选项中越来越普及,所以也逐渐被用户所关注。其实,在 SDRAM 时代就没有对这个参数有刻意的设定,在 DDR SDRAM 的官方组织 JEDEC 的相关标准中,也没有把其列为必须标明的性能参数 (CL、tRCD、tRP 才是),tRAS 应该是某些主板厂商炒作出来的,并且在主板说明书上也注明越短越好。

  其实,缩小 tRAS 的本意在于,尽量压缩行打开状态下的时间,以减少同 L-Bank 下对其他行进行寻址时的冲突,从内存的本身来讲,这是完全正确的做法,符合内存性能优化的原则,但如果放到整体的内存系统中,伴随着主板芯片组内存页面控制管理能力的提升,这种做法可能就不见得是完全正确的,在下文中我们会继续分析 tRAS 的不同长短设置对内存性能所带来的影响。

四、BL 长度对性能的影响

  从读 / 写之间的中断操作我们又引出了 BL(突发长度)对性能影响的话题。首先,BL 的长短与其应用的领域有着很大关系,下表就是目前三个主要的内存应用领域所使用的 BL,这是厂商们经过多年的实践总结出来的。

  BL 越长,对于连续的大数据量传输很有好处,但是对零散的数据,BL 太长反而会造成总线周期的浪费,虽然能通过一些命令来进行终止,便也占用了控制资源。以 P-Bank 位宽 64bit 为例 ,BL=4 时,一个突发操作能传输 32 字节的数据,为了满足 Cache Line 的容量需求,还得多发一次,如果是 BL=8,一次就可以满足需要,不用再次发出读取指令。而对于 2KB 的数据 ,BL=4 的设置意味着要每隔 4 个周期发送新的列地址,并重复 63 次。而对于 BL=256,一次突发就可完成,并且不需要中途再进行控制,但如果仅传输 64 字节,就需要额外的命令来中止 BL=256 的传输。而额外的命令越多,越占用内存子系统的控制资源,从而降低总体的控制效率。从这可以看出 BL 对性能的影响因素,这也是为什么 PC 上的内存子系统的 BL 一般为 4 或 8 的原因。但是不是 8 比 4 好,或者 4 比 8 好呢?并不能统一而论,这在下文会分析到。

  到此,大家应该有一些优化的眉目了吧。我们可以先做一下界定,任何情况下,只要数值越小或越大(单一方向),内存的性能会越好的参数为 绝对参数 ,而数值越小或越大对性能的影响不固定的参数则为 相对参数。那么,CL、tRCD、tRP 显然就是绝对参数,任何情况下减少它们的周期绝对不会错。而且从上文的分析可以发现 ,从重要性来论,优先优化的顺序也是 CL → tRCD → tRP,因为 CL 的遇到的机会最多,tRCD 其次,tRP 如果页面交错管理的好,大多不受影响。而 BL、tRAS 等则可以算是相对参数。也正是由于这些相对参数的存在,才使得内存优化不再那么简单。

本文来源:中关村在线 作者:佚名

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