DE10334779B4 - Halbleiterspeichermodul - Google Patents
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Abstract
Halbleiterspeichermodul
mit mehreren Speicherchips (1–8)
und wenigstens einem Taktsignale (CLK) und Befehls- und Adresssignale
(C/A) zu den Speicherchips (1–8)
sowie Datensignale (Daten) zu und von den Speicherchips (1–8) über einen
modulinternen Takt-, Adress-, Befehls- und Datensignalbus treibenden/empfangenden
Pufferchip (10), der eine Schnittstelle zu einem äußeren Speicherhauptbus
bildet, wobei die Speicherchips (1–8) ausgehend vom Pufferchip
(10) in wenigstens einer Reihe (I, II) angeordnet und mit diesem
durch den modulinternen Bus verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet , dass
die Speicherchips (1–8) jeweils getrennte Schreib- und Lesetaktsignaleingänge zum Empfang der Taktsignale (CLK) aufweisen,
die Taktsignalleitungen (CLK) in wenigstens einer Schleife (S) vom Pufferchip (10) über die Speicherchips (1–8), bis zum Ende jeder Reihe (I, II) und von dort zurück zum Pufferchip (10) geführt sind, wobei
die Speicherchips (1–8) beim Datenschreiben durch die vom Pufferchip (10) abgehenden Taktsignale (CLK), die an ihren Schreibtaktsignaleingängen empfangen werden, getaktet und beim Datenlesen durch die...
dadurch gekennzeichnet , dass
die Speicherchips (1–8) jeweils getrennte Schreib- und Lesetaktsignaleingänge zum Empfang der Taktsignale (CLK) aufweisen,
die Taktsignalleitungen (CLK) in wenigstens einer Schleife (S) vom Pufferchip (10) über die Speicherchips (1–8), bis zum Ende jeder Reihe (I, II) und von dort zurück zum Pufferchip (10) geführt sind, wobei
die Speicherchips (1–8) beim Datenschreiben durch die vom Pufferchip (10) abgehenden Taktsignale (CLK), die an ihren Schreibtaktsignaleingängen empfangen werden, getaktet und beim Datenlesen durch die...
Description
- Die Erfindung betrifft ein Halbleiterspeichermodul mit mehreren Speicherchips und wenigstens einem Taktsignale und Befehls- und Adresssignale zu den Speicherchips sowie Datensignale zu und von den Speicherchips über einen modulinternen Takt-, Adress-, Befehls- und Datensignalbus treibenden bzw. empfangenden Pufferchip, der eine Schnittstelle zu einem äußeren Speicherhauptbus bildet, wobei die Speicherchips ausgehend vom Pufferchip in wenigstens einer Reihe angeordnet und mit diesem durch den modulinternen Bus verbunden sind.
- Bei mit sehr schnellen Speicherchips, zum Beispiel DDR-DRAMs oder QDR-DRAMs bestückten Speichermodulen ergibt sich das Problem, dass beim Datenschreiben und beim Datenlesen jeweils unterschiedliche zeitliche Beziehungen der Schreibdaten und der Lesedaten zu den Taktsignalen vorliegen.
- US 2002/0129215 A1 beschreibt (vgl. insbesondere
6 und zugehörige Erläuterung) ein bekanntes Speichersystem, bei dem den in einer Reihe angeordneten Speichermodulen ein Schreibtakt entlang der Reihe zugeführt wird und am Ende dieser Reihe ein Taktsignalverstärker den Schreibtakt empfängt und daraus ein Lesetaktsignal generiert, welches die Reihe in entgegengesetzter Richtung durchläuft und den Speichermodulen zur Verfügung steht. Bei diesem bekannten Speichersystem wird nicht dasselbe, lediglich aufgrund der Laufzeit zeitversetzte Taktsignal in der Reihe als Schreib-/Lesetaktsignal verwendet, sondern jeweils verstärkt nur immer von einem Speichermodul zum nächsten (Punkt zu Punkt) weitergegeben. - Aus
US 6,477,614 B1 (vgl. insbesondere6 und zugehörige Erläuterung) ist ein Speichermodul mit Pufferchip und in einer Reihe angeordneten Speicherchips am modulinternen Bus bekannt. Der als Signalwiederholer (repeater hub) gestaltete Pufferchip ermöglicht es, dass die Speicherchips in dem bekannten Speichersystem jeweils gleiche Latenz haben. - Die beiliegende
4 zeigt einen möglichen Aufbau eines mit DRAMs101 –108 bestückten Halbleiterspeichermoduls, insbesondere eines DIMM-Moduls. Das Speichermodul200 weist ein oder mehrere Pufferchips (HUB) auf, von denen in4 nur ein Pufferchip110 dargestellt ist, der die Daten/Befehls/Adresssignale von einem (nicht gezeigten) Speichercontroller (Chipsatz) empfängt und dann an die DRAM-Chips weiterleitet. Beim Datenlesen geht der Vorgang in der entgegengesetzten Richtung genauso. Für die Kommunikation des Pufferchips110 und der DRAM-Speicherchips101 –108 auf dem Speichermodul200 ist eine Synchronisation mit einem vom Pufferchip110 ausgesendeten Taktsignal CLK notwendig. Wie gezeigt, wird vom Pufferchip110 das Taktsignal CLK gleichzeitig nach rechts zu den DRAM-Chips101 –104 der Chipreihe I und nach links zu den DRAM-Chips105 –108 der Chipreihe II geführt und zwar als differentielles Taktsignal und am Ende abge schlossen. In derselben Weise sind die (nicht differentiellen) Befehls- und Adresssignale C/A geführt, die ebenfalls an ihrem Ende abgeschlossen sind. Für die Topologie der das differentielle Taktsignal CLK führenden Leitungen des modulinternen Busses gibt es auch andere Ansätze. Eines der Hauptprobleme der meisten Ansätze ist, dass sich aufgrund des Verhältnisses der Signallaufzeit zur Taktgeschwindigkeit das Ankommen der Daten an den einzelnen DRAM-Chips bereits über mehrere Taktzyklen erstreckt. Bei dem in4 gezeigten Aufbau, bei dem die Datenleitungen und die Befehls- und Adressleitungen C/A einfach vom zentral gelegenen Pufferchip110 weg parallel nach außen geführt sind, treffen im Falle eines Datenschreibens (die Daten, Befehle und Adressen laufen vom Pufferchip110 zu den DRAM-Chips101 –104 der Reihe I nach rechts und zu den DRAM-Chips105 –108 der Reihe II nach links), die Signale alle gleichzeitig mit dem Taktsignal CLK an den DRAM-Chips101 –104 einerseits und105 –108 andererseits ein, und die DRAM-Chips können die Daten synchron zu diesem Taktsignal CLK empfangen. - Im Falle eines Lesevorgangs laufen aber nur die Befehls- und Adresssignale in der gleichen Richtung wie die Taktsignale CLK. Die Daten laufen entgegengesetzt von den DRAM-Chips zum Pufferchip (HUB)
110 . Im Folgenden wird die Signallaufzeit vom Pufferchip110 zum ersten DRAM101 bzw.105 (und ebenso zwischen den einzelnen DRAM-Chips) als tD bezeichnet (tD beträgt zum Beispiel etwa 200 ps). Vom Aussenden des Taktsignals an gerechnet benötigen die Daten vom ersten DRAM-Chip110 bzw.105 zweimal tD, um am Pufferchip110 anzukommen. Diese Zeitverzögerung entsteht durch die Taktverzögerung, das heißt durch die Laufzeit des Taktsignals zum ersten DRAM-Chip101 bzw.105 und durch die Datenverzögerungszeit vom DRAM-Chip101 bzw.105 zum Pufferchip110 . Für jeden weiter entfernten Speicherchip addiert sich jeweils die Zeitdauer tD. Der maximale Unterschied kann bis zu einer Nanosekunde betragen. Bislang wird angenommen, dass dieser Unterschied vom Pufferchip110 abgefangen wird. Dies kann aber relativ schwierig sein, da das Ankommen der Daten über mehrere Taktzyklen verteilt sein kann. Ebenfalls fehlt bei diesem Ansatz ein synchrones Signal, mit dem im Pufferchip110 die Daten erfasst werden können. - Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, das oben geschilderte Problem zu vermeiden und ein Halbleiterspeichermodul anzugeben, dessen Takttopologie so gestaltet ist, dass sowohl das Datenschreiben als auch das Datenlesen ohne eine aufwändige Modifikation eines Pufferchips synchron zum Taktsignal ausgeführt werden können.
- Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.
- Das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip besteht darin, die Taktsignalleitungen in einer Schleife vom Pufferchip zum Ende des Halbleiterspeichermoduls und von dort zurück zum Pufferchip zu schleifen, wobei das Schreiben der Daten in die Speicherchips synchron mit dem auf dem Halbleiterspeichermodul vom Pufferchip nach außen laufenden Taktsignal und das Lesen der Daten aus den Speicherchips synchron mit dem von links und rechts außen zum Pufferchip zurück laufenden Taktsignal erfolgt. Voraussetzung dafür ist, dass die Speicherchips getrennte Schreib- und Lesetaktsignaleingänge haben.
- Somit wird erfindungsgemäß das Taktsignal nicht nur bis zum Ende des Halbleiterspeichermoduls geführt, sondern von dort in einer Schleife wieder zum Pufferchip zurückgeführt, wo es abgeschlossen wird. Auf dem Signalweg zum Ende des Halbleiterspeichermoduls werden die Schreibtaktsignalpins am Speicherchip versorgt, und auf dem Signalweg zurück zum Pufferchip die Lesetaktsignalpins. Damit ist die Signalrichtung beim Schreibvorgang für Takt, Daten, Befehle und Adressen identisch. Beim Lesevorgang werden die Befehls- und Adresssignale ebenfalls mit dem Schreibtakt übertragen, aber die Daten werden durch die DLL (Delay Locked Loop) im Speicherchip synchron zu dem an den Lesetaktsignalpins der Speicherchips empfangenen Lesetakt getrieben.
- Dabei kann sich das Problem einer unterschiedlichen Latenzzeit der einzelnen Speicherchips einstellen. Um letzteres Problem zu lösen, kann optionell ein Flagsignal mit dem Taktsignal übertragen werden, welches dem Speicherchip denjenigen Taktzyklus vorgibt, an dem er die Daten beim Lesevorgang treiben muss.
- Sollte die Last am Taktsignalausgang des Pufferchips zu groß sein, könnten für jede Reihe von Speicherchips getrennte Taktsignalausgänge am Pufferchip vorgesehen werden. Weiterhin besteht die Option, die Signale am Ende des Halbleiterspeichermoduls mit einem eigenen Verstärkerbaustein (zum Beispiel einem PLL-Baustein) zu verstärken.
- Die obigen und weitere vorteilhafte Merkmale eines erfindungsgemäßen Halbleiterspeichermoduls werden in der folgenden Ausführungsbeispiele erläuternden Beschreibung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Die Zeichnungsfiguren zeigen im Einzelnen:
-
1 schematisch eine Layoutansicht eines beispielhaft als DIMM-Speichermodul ausgeführten Halbleiterspeichermoduls gemäß der Erfindung, das beispielhaft mit einem Pufferchip und acht Speicherchips bestückt ist; -
2 ein schematisches Layout eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Halbleiterspeichermoduls und -
3 ein schematisches Layout eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Halblei terspeichermoduls, das außerdem eine ein Flagsignal zusätzlich zum Taktsignal übertragende Variante desselben veranschaulicht. - Das in
1 in schematischer Layoutdarstellung dargestellte erste Ausführungsbeispiel eines Halbleiterspeichermoduls100 weist, wie das eingangs beschriebene in4 dargestellte DIMM-Modul einen zentral angeordneten Pufferchip (HUB)10 auf, der Datensignale, Befehls- und Adresssignale C/A und Taktsignale CLK nach rechts und nach links zu in zwei Reihen I und II angeordneten DRAM-Speicherchips1 –4 und5 –8 treibt und der außerdem die über den Datenbus aus den DRAM-Chips gelesenen Datensignale empfängt. Der Pufferchip10 bildet für die Datensignale, die Befehls- und Adresssignale C/A und die Taktsignale CLK eine Schnittstelle nach außen. Erfindungsgemäß sind die Taktsignalleitungen CLK vom Pufferchip10 nach rechts und nach links bis zum Ende des Halbleiterspeichermoduls geführt, bilden dort eine Schleife S und laufen dann wieder zurück zum Pufferchip10 , wo sie abgeschlossen sind. Pfeile w und R geben jeweils die Schreibrichtung und die Leserichtung an. - Die Speicherchips
1 –4 und5 –8 haben jeweils voneinander getrennte Schreibtakt- und Lesetaktsignaleingänge. Beim Datenschreiben (Richtung W) werden die Schreibdaten somit synchron mit dem vom Pufferchip10 nach außen des Halbleiterspeichermoduls100 laufenden und an den Schreibtaktsignaleingängen der Speicherchips1 –4 und5 –8 empfangenen Taktsignal CLK eingeschrieben, wohingegen beim Datenlesen die Daten aus den Speicherchips1 –4 und5 –8 synchron mit dem von außen über die Schleife S zum Pufferchip10 zurück geschleiften Taktsignal CLK (Richtung R) ausgelesen werden. Der Abschluss der Taktsignalleitungen CLK am Pufferchip10 sorgt dafür, dass dort keine Reflexionen auftreten. - Das in
2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem oben beschriebenen und in1 dargestellten Ausführungsbeispiel darin, dass das Taktsignal CLK anstelle einer einfachen Schleifenbildung S am Ende des Halbleiterspeichermoduls dort durch einen Verstärkerchip11 , der zum Beispiel ein PLL-Baustein ist, verstärkt und dann zurück (Pfeil R) zum Pufferchip10 geleitet wird. Demnach vervollständigt der PLL-Baustein11 die Schleife S für das Taktsignal CLK. - Sollte die Last am Taktsignalausgang des Pufferchips
10 zu groß sein, kann der Pufferchip10 getrennte Taktsignalausgänge für die rechts von ihm liegende Reihe I des Speicherchips1 –4 und die links vom Pufferchip10 liegende Reihe II der Speicherchips5 –8 haben. Ein derartiges Ausführungsbeispiel zeigt3 . Außerdem können die Taktsignalleitungen CLK des in3 gezeigten Ausführungsbeispiels am Ende des Halbleiterspeichermoduls100 auch einen Verstärkerbaustein11 gemäß2 haben. - Oben wurde bereits erwähnt, dass die unterschiedliche Latenzzeit der einzelnen Speicherbausteine ein Problem darstellen kann. Deshalb wird bei dem Ausführungsbeispiel der
3 ein Flagsignal12 zusätzlich zum Taktsignal CLK in derselben Weise über die einzelnen Speicherchips der Reihen I und II vom Pufferchip10 zum Ende des Halbleiterspeichermoduls100 und von dort zurück zum Pufferchip10 geschleift, wo es dann abgeschlossen wird. In einer nicht dargestellten Variante könnte ein Flagsignal auch mit dem Lesebefehl übertragen werden, das dann nur vom Pufferchip10 nach rechts und nach links läuft. - Die Erfindung wurde beispielhaft für ein acht DRAM-Chips und einen Pufferchip aufweisendes DIMM-Modul beschrieben. Selbstverständlich ist das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip aber nicht auf DIMM-Module mit DRAM-Speicher beschränkt, sondern überall dort anzuwenden, wo Daten synchron zu einem sehr schnellen Taktsignal in Speicherchips eingeschrieben und aus diesen ausgelesen werden. Ein derartiges Halbleiterspeichermodul kann zum Beispiel auch mit QDR-DRAMs bestückt sein. Statt acht Speicherchips können auf dem Halbleiterspeichermodul sechzehn Speicherchips angeordnet sein. Statt einem Pufferchip (HUB) können auch zwei Pufferchips verwendet werden, von denen jedes zum Beispiel acht Speicherchips zugeordnet ist.
-
- 1–8, 101–108
- Speicherchips
- 10; 110
- Pufferchip (HUB)
- 11
- PLL-Baustein
- 12
- Flagsignalleitung
- 100
- DIMM-Modul
- C/A
- Befehls- und Adressleitungen bzw. Signale
- CLK
- Taktsignale
- R
- Leserichtung
- S
- Taktsignalschleife
- W
- Schreibrichtung
- I
- rechte Reihe von Speicherchips
- II
- linke Reihe von Speicherchips
- Daten
- Datensignalleitungen
Claims (10)
- Halbleiterspeichermodul mit mehreren Speicherchips (
1 –8 ) und wenigstens einem Taktsignale (CLK) und Befehls- und Adresssignale (C/A) zu den Speicherchips (1 –8 ) sowie Datensignale (Daten) zu und von den Speicherchips (1 –8 ) über einen modulinternen Takt-, Adress-, Befehls- und Datensignalbus treibenden/empfangenden Pufferchip (10 ), der eine Schnittstelle zu einem äußeren Speicherhauptbus bildet, wobei die Speicherchips (1 –8 ) ausgehend vom Pufferchip (10 ) in wenigstens einer Reihe (I, II) angeordnet und mit diesem durch den modulinternen Bus verbunden sind, dadurch gekennzeichnet , dass die Speicherchips (1 –8 ) jeweils getrennte Schreib- und Lesetaktsignaleingänge zum Empfang der Taktsignale (CLK) aufweisen, die Taktsignalleitungen (CLK) in wenigstens einer Schleife (S) vom Pufferchip (10 ) über die Speicherchips (1 –8 ), bis zum Ende jeder Reihe (I, II) und von dort zurück zum Pufferchip (10 ) geführt sind, wobei die Speicherchips (1 –8 ) beim Datenschreiben durch die vom Pufferchip (10 ) abgehenden Taktsignale (CLK), die an ihren Schreibtaktsignaleingängen empfangen werden, getaktet und beim Datenlesen durch die zum Pufferchip (10 ) zurücklaufenden Taktsignale (CLK), die an den Lesetaktsignaleingängen der Speicherchips (1 –8 ) empfangen werden, getaktet werden. - Halbleiterspeichermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einem auf dem Halbleiterspeichermodul (
100 ) zentral angeordneten Pufferchip (10 ) rechts und links jeweils eine Speicherchipreihe (I, II) angeordnet ist, und jeweils eine Taktsignalschleife (S) vom Pufferchip (10 ) über jede Speicherchipreihe (I, II) zum rechten und linken Ende des Halbleiterspeichermoduls (100 ) und zurück zum Pufferchip (10 ) geführt ist. - Halbleiterspeichermodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er ein DIMM-Speichermodul (
100 ) ist und die Speicherchips DDR-DRAM-Chips sind. - Halbleiterspeichermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktsignale als differentielle Taktsignale über zwei Taktsignalleitungen (CLK) geführt sind.
- Halbleiterspeichermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktsignalleitungen (CLK) an ihren am Pufferchip (
10 ) liegenden ankommenden Enden abgeschlossen sind. - Halbleiterspeichermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Taktsignalleitungen (CLK) jeweils ein Taktsignalverstärker (
11 ) am Ende jeder Speicherchipreihe (I, II) angeordnet ist, der dort das vom Pufferchip (10 ) ankommende Schreibtaktsignal verstärkt und als Lesetaktsignal verstärkt zum Pufferchip (10 ) zurückführt. - Halbleiterspeichermodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Taktsignalverstärker (
11 ) ein PLL-Baustein (PLL) ist. - Halbleiterspeichermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pufferchip (
10 ) für jede Speicherchipreihe (I, II) separat getriebene Taktsignalausgänge aufweist. - Halbleiterspeichermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pufferchip (
10 ) zusätzlich zum Taktsignal (CLK) ein einem Flag-Signaleingang der Speicherchips (1 –8 ) zugeführtes Flagsignal (12 ) erzeugt, das ebenfalls in einer Schleife vom Pufferchip (10 ) zum Ende jeder Speicherchipreihe (I, II) und zurück zum Pufferchip (10 ) geführt ist. - Halbleiterspeichermodul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des Flagsignals (
12 ) ein Bruchteil der Frequenz des Taktsignals ist.
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