JP2001357672A - 省消費電力型メモリモジュール - Google Patents
省消費電力型メモリモジュールInfo
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- Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
- Y02D10/00—Energy efficient computing, e.g. low power processors, power management or thermal management
Abstract
て、該メモリモジュールに搭載されているレジスタでの
省消費電力を可能にする。 【解決手段】 メモリモジュール101上のレジスタ1
04−1〜104−nを出力制御機能付きレジスタで構
成するとともに、レジスタ出力イネーブル信号線111
を追加し、レジスタ出力値が不要時、レジスタ出力イネ
ーブル信号線111を用いてレジスタ104−2〜10
4−nの出力値を“L”や“H”に固定することによ
り、該レジスタ104−2〜104−nでの消費電力を
抑える。なお、レジスタ104−1は出力制御機能無し
レジスタと同等の働きをさせる。
Description
ュータ、ワークステーション、オフィスコンピュータ
等、計算機システムのメモリモジュールに関し、特にメ
モリデバイスの省消費電力とともに、搭載されているレ
ジスタの省消費電力が可能なメモリモジュールに関す
る。
いては、メモリデバイスを複数集めたメモリモジュール
を用いることにより、メモリ構成の柔軟な変更を実現し
ている。一般的なメモリモジュールは、半導体デバイス
の標準化団体であるJEDEC(Joint Electron De
vice Engineering Council)により標準化されている
ため、メモリモジュールベンダの違いによる互換性の問
題は起こらないようになっている。
び大規模化に伴い、メモリシステムでの消費電力が問題
となっている。計算機システムが要求する最大メモリ容
量はますます増加する一方であるが、瞬間的に動作して
いるメモリはその一部分に過ぎない。そこで、メモリモ
ジュールの消費電力の問題を対策するために、メモリデ
バイスにクロックイネーブル信号を追加し省消費電力機
能をもたせている。その機能をもつ同期型メモリデバイ
スを省消費電力対応型同期型メモリデバイスと呼んでい
る。クロックイネーブル信号が“H”の時には通常動
作、クロックイネーブル信号が“L”の時にはPowerD
ownModeとよばれる省消費電力状態になる。PowerDow
nMode時には、通常動作時の約1/10程度まで消費電
力を抑えることが可能である。
構成の一例を示す。本メモリモジュール101には、k
ビット幅のデータ信号を持つm個の省消費電力対応型同
期型メモリデバイス102−1〜102−m、1つのP
LL(Phase-Locked-Loop)回路103、n個のレジ
スタ204−1〜204−nが搭載されている。これ
は、一般にレジスタドタイプと呼ばれているメモリモジ
ュールである。メモリモジュール101のインターフェ
イスには、(m×k)ビット幅のデータ信号線105、
1ビットのクロック信号線106、1ビットのクロック
イネーブル信号線107、1ビットのチップセレクト信
号線108、pビットのアドレス信号線109およびq
ビットのコマンド信号線110がある。(m×k)ビッ
ト幅のデータ信号線105はkビットずつ直接m個の省
消費電力対応型同期型メモリデバイス102−1〜10
2−mへ1:1で接続される。1ビットのクロック信号
線100はPLL回路103へ接続され、該PLL回路
103の複数ある出力ポートから、m個の省消費電力対
応型同期型メモリデバイス102−1〜102−mおよ
びn個のレジスタ204−1〜102−mへ1:1もし
くは1:2程度の負荷数で接続される。PLL回路10
3を使用することで、該PLL回路の入力クロック信号
と各省消費電力対応型同期型メモリデバイス102−1
〜102−mの入力クロック信号および各レジスタ20
4−1〜204−nの入力クロック信号の位相を一致さ
せることが可能となる。1ビットのクロックイネーブル
信号線107、1ビットのチップセレクト信号線10
8、pビットのアドレス信号線109およびqビットの
コマンド信号線110は各レジスタ204−1〜204
−nへ接続され、各レジスタの出力ポートから省消費電
力対応型同期型メモリデバイス102−1〜102−m
へ1:mの負荷数で接続される。レジスタ204−1〜
204−nは入力信号を入力クロック信号(PLL回路
103の出力信号)の立ち上がりエッジまたは立ち下が
りエッジまたはその両方を用いてバッファリングしてい
るだけである。なお、メモリモジュール内の信号波形の
品質を上げるために、各信号線のメモリモジュールのエ
ッジ付近にダンピング抵抗112を挿入する場合もあ
る。
ュールのタイミングチャートを図3に示す。図3はSD
RAM(SynchronousDymanicRamdomAccessMemor
y)モジュールでのメモリへのデータ書込みのタイミン
グチャートで、(A)はメモリモジュール101の入力
インターフェイス信号、(B)はメモリデバイス102
−1〜102−mの入力インターフェイス信号を示した
ものである。チップセレクト信号(図中のcs#)の最
初のアサート時(以降RASタイミング)のコマンドで
SDRAM内のロウアドレス(RA:RowAddress)を
確定し、次のアサートタイミング時(以降CASタイミ
ング)のコマンドでカラムアドレス(CA:ColumnAd
dress)を確定して、メモリデバイス内の2次元アレイ
へデータが書き込まれる。省消費電力対応型メモリデバ
イスではクロックイネーブル信号(図中のcke)を
“L”にすることにより、メモリデバイスをPowerDow
nModeと呼ばれる省消費電力状態へと遷移させることが
可能となる。逆に省消費電力状態から通常状態へと遷移
させるためには、クロックイネーブル信号を“H”にす
る必要がある。クロックイネーブル信号を“L”から
“H”へ遷移させてからメモリデバイスが通常状態まで
戻るまでにタイムラグが存在するが、便宜上、図3で
は、その時間を1cycle固定としている。
メモリへのアクセスが無いときにはクロックイネーブル
信号を“L”にしてPowerDownModeにさせておき、メ
モリアクセスの直前でクロックイネーブル信号を“H”
にして通常状態に戻し、メモリアクセスが完了した時点
でクロックイネーブル信号を“L”にしてPowerDown
Modeにするという手段がとられている。
タイプのメモリモジュールでは、クロックイネーブル信
号を制御することにより省消費電力対応型同期型メモリ
デバイスの消費電力を抑えることは可能であるが、メモ
リモジュール上に搭載されているレジスタでの消費電力
を抑えることはできない。そのため、図25に示すよう
に、本メモリモジュールがバスにより複数接続された場
合、自メモリモジュールへのコマンドが発生しない場合
でも、他メモリモジュールへのコマンドが発生した場
合、自メモリモジュール上のレジスタがコマンド信号お
よびアドレス信号をセンスして、該レジスタにおいて電
力を消費するという問題がある。
モジュールがバスにより複数接続された場合の、あるメ
モリモジュールのタイミングチャートを示す。図25に
示したように、クロックイネーブル信号線107とチッ
プセレクト信号線108は各メモリモジュール101に
個別に接続されるが、データ信号線105、クロック信
号106、アドレス信号線109およびコマンド信号線
110は各メモリモジュール101に共通に接続されて
いる。このため、図4に示すように、自メモリモジュー
ルへのコマンドが発生しない場合でも、他メモリモジュ
ールへのコマンドが発生した場合、自メモリモジュール
上のレジスタ204−2、204−n等がアドレス信号
およびコマンド信号等をセンスし、1:mで接続された
省消費電力対応型同期型メモリデバイス102−1〜1
02−mまでアドレス信号およびコマンド信号等を伝播
させてしまうため、レジスタ204−2、204等にお
いて電力が消費される。
のレジスタドタイプのメモリモジュールでは、クロック
イネーブル信号を追加し、メモリデバイスを省消費電力
対応型とすることで、該メモリデバイスの消費電力を低
下させることはできるが、メモリモジュール上に搭載さ
れたレジスタの消費電力を低下させることについては考
慮されていない。
モリデバイスに加へ、レジスタにも省消費電力機能を適
用したメモリモジュールを提供することにある。
に、本発明では、メモリモジュール上に搭載されるレジ
スタの少なくとも一部を出力制御機能付きレジスタへ変
更し、該レジスタ出力値が不要時に、該レジスタの出力
値を“L”や“H”に固定する手段を備える。これによ
り、不要な信号をレジスタが駆動することがなくなり、
レジスタでの消費電力を抑えることが可能となる。該出
力制御機能付きレジスタの出力イネーブル制御には、新
規に追加したレジスタ出力イネーブル信号線を用いる
か、あるいは、メモリデバイスの消費電力を制御するた
めのクロックイネーブル信号線、さらにはチップセレク
ト信号線を兼用することが可能である。
リモジュールを示す。図1において、メモリモジュール
101には、kビット幅のデータ信号をもつm個の省消
費電力対応型同期型メモリデバイス102−1〜102
−m、1つのPLL回路103、および複数の出力制御
機能付きレジスタ104−1〜104−nが搭載されて
いる。該メモリモジュール101のインターフェイス
は、(m×k)ビット幅のデータ信号線105、1ビッ
トのクロック信号線106、1ビットのクロックイネー
ブル信号線107、1ビットのチップセレクト信号線1
08、pビットのアドレス信号線109、qビットのコ
マンド信号線110および(n−1)ビットのレジスタ
出力イネーブル信号線111から構成される。図2と
は、レジスタ104−1〜104−nを出力制御機能付
きレジスタとし、レジスタ出力イネーブル信号線111
を新規に追加した点が相違している。レジスタ出力イネ
ーブル信号線111は、クロックイネーブル信号線10
7およびチップセレクト信号線108と同様にメモリモ
ジュール毎に用意する。
はkビットずつ直接m個の省消費電力対応型同期型メモ
リデバイス102−1〜102−mへ1:1で接続され
る。1ビットのクロック信号線106はPLL回路10
3へ接続され、該PLL回路103の複数ある出力ポー
トからm個の省消費電力型同期型メモリデバイス102
−1〜102−mおよびn個の出力制御機能付きレジス
タ104−1〜104−nへ1:1または1:2程度の
負荷数で接続される。1ビットのクロックイネーブル信
号線107および1ビットのチップセレクト信号線10
8は、出力イネーブル信号入力ポート(OE)が“H”
固定の出力制御機能付きレジスタ204−1へ接続され
る。該出力制御機能付きレジスタ204−1は、出力イ
ネーブル信号入力ポートを“H”固定とすることで、図
2のレジスタ204−1と同様の働きをすることにな
る。クロックイネーブルとチップセレクトの2つの信号
線107、108が特殊扱いなのは、図3のタイミング
チャートに示したように、アドレス信号(adr)およ
びコマンド信号(cmd)がチップセレクト信号(cs
#)をアサートしている期間のみアサートすれば良いの
に対し、チップセレクト信号はメモリデバイスへのコマ
ンド信号発行時にアサート、非発行時にはディアサート
を保証しなければならないためである。クロックイネー
ブル信号(cke)もチップセレクト信号と同様に、メ
モリアクセス期間中にはアサート、PowerDownMode期
間中にはディアサートを保証しなければならない。pビ
ットのアドレス信号線109およびqビットのコマンド
信号線110は各出力制御機能付きレジスタ104−2
〜104−nへ接続される。該出力制御機能付きレジス
タ104−2〜104−nの出力イネーブル信号入力ポ
ート(OE)に、(n−1)ビットのレジスタ出力イネ
ーブル信号線(図中のregoe)111を1:1の負荷数
で接続する。各レジスタ104−1〜104−nの出力
ポートからm個の省消費電力対応型同期型メモリデバイ
ス102−1〜102−mへは1:mの負荷数で接続さ
れる。
きレジスタ(REGA)の真理値表を示す。(a)は出
力制御機能付きレジスタ(REGA)の入出力信号関
係、(b)は出力イネーブル信号がクロック非同期のと
きの真理値表、(c)はクロック同期のときの真理値表
を表わしている。図5に示すように、出力制御機能付き
レジスタは、出力イネーブル(以降OE:OutputEnab
le)信号が“H”の時には出力制御機能無しレジスタと
同等の動作をし、OE信号が“L”の時には入力信号が
“H/L”いずれの場合においても出力は“L”固定と
なる。なお、本発明において、OE信号と出力信号のタ
イミング関係はクロック信号との同期/非同期を問わな
い。
より複数接続された場合の本発明実施例のメモリモジュ
ール101のタイミングチャートを図6および図7に示
す。図6は出力制御機能付きレジスタ104−1〜10
4−nのOE制御がクロック非同期の場合であり、図7
は同レジスタ104−1〜104−nのOE制御がクロ
ック同期型のものである。また、(A)はメモリモジュ
ール101の入力インターフェイス信号、(B)はメモ
リデバイス102−1〜102−mの入力インターフェ
イス信号を示している。図6の場合、レジスタ出力イネ
ーブル信号(図中のregoe)のアサートタイミングはR
ASタイミングと同時であり、ディアサートタイミング
はCASタイミングから2cycle遅れたタイミングであ
る。図7の場合、レジスタ出力イネーブル信号のアサー
トタイミングはRASタイミングより1cycle早いタイ
ミングであり、ディアサートタイミングは図6と同様に
CASタイミングから2cycle遅れたタイミングであ
る。図6および図7のどちらにおいても、クロックイネ
ーブル信号(図中のcke)と同タイミングでアサート
およびディアサートしても問題ない。逆に、クロックイ
ネーブル信号と同一タイミングであれば、メモリコント
ローラ側の制御も簡略化可能である。
ールでは、メモリモジュールがバスにより複数接続され
た場合、自メモリモジュールへのコマンドが発生しない
場合でも、他メモリモジュールのコマンドが発生した場
合、レジスタがコマンド信号およびアドレス信号をセン
スして、メモリデバイスまでコマンド信号およびアドレ
ス信号を伝播させてしまうため、レジスタにおいて電力
を消費していた。一方、図6および図7から明らかなよ
うに、本実施例においては、自メモリモジュールへのコ
マンドが発生しない期間では、レジスタ出力イネーブル
信号(図中のregoe)を“L”とすることにより
(OE信号がL)、レジスタの出力は“L”固定となる
ため、レジスタがコマンド信号およばアドレス信号をセ
ンスしてメモリデバイスまで伝播させてしまうことはな
くなり、即ち、レジスタが不要な信号で駆動されること
はなくなり、レジスタでの消費電力を抑えることが可能
となる。
施例を示す。図1との相違点は、出力制御機能付きレジ
スタのタイプを変更し、OE信号が“L”のときに
“L”固定値を出力するのではなく、“Hi−Z”を出
力するレジスタ804−1〜804−nにした点であ
る。該出力制御機能付きレジスタ(REGB)の真理値
表を図9に示す。図5と同様に、(a)はレジスタの入
出力信号関係、(b)は出力イネーブル信号がクロック
非同期のときの真理値表、(c)はクロック同期のとき
の真理値表を表わしている。
〜804−nの出力が“Hi−Z”となった場合、省消
費電力対応型同期型メモリデバイス102−1〜102
−mの入力ポートも“Hi−Z”となり、入力バッファ
にて貫通電流が流れる等の問題が起こるため、終端抵抗
812および終端電圧813にて信号線を終端する。図
8では、信号線の波形品質を向上させるために信号線を
両端で終端している。信号線の波形品質が問われない場
合には片側終端でも良い。片側終端時の構成図を図10
に示す。
機能付きレジスタの出力イネーブル信号の極性を正極性
のものを使用したが、負極性のものを使用してもよい。
出力イネーブル信号が正極性とは、出力イネーブル信号
が“H”のときに入力信号をクロック信号の立ち上がり
エッジでラッチしたものを出力信号とし、出力イネーブ
ル信号が“L”のときには出力信号を“L”固定もしく
は“Hi−Z”固定とするものである。逆に、出力イネ
ーブル信号が負極性とは、出力イネーブル信号が”L”
のときに入力信号をクロック信号の立ち上がりエッジで
ラッチしたものを出力信号とし、“H”のときには出力
信号を“L”固定もしくは“Hi−Z”固定とするもの
である。
11に、図9のレジスタの負極性版の真理値表を図12
に示す。図5や図9と同様に、(a)はレジスタの入出
力信号関係、(b)は出力イネーブル信号がクロック非
同期のときの真理値表、(c)はクロック同期のときの
真理値表を表わしている。
性から負極性に置き換えたメモリモジュールの構成図
を、それぞれ図13、図14および図15に示す。これ
ら実施例のメモリアクセスタイミングチャートは、図6
や図7において、レジスタ出力イネーブル信号(図中の
regoe)の極性が逆となる以外、基本的に図6や図
7と同様である。
例を図16に示す。図1との相違点は、出力制御機能付
きレジスタ104−2〜104−nの出力イネーブル信
号入力ポートには新規に追加したレジスタ出力イネーブ
ル信号線ではなく、もともと存在するクロックイネーブ
ル信号線107を1:(N−1)の負荷数で接続してい
る点にある。即ち、レジスタ出力イネーブル信号線はク
ロックイネーブル信号線と同様に各メモリモジュール毎
に用意し、しかも、基本的に両者のタイミング関係は同
じであるため、クロックイネーブル信号線をレジスタ出
力イネーブル信号線に兼用しても同様の機能が実現でき
る。
ブル信号線111というのは不要であるため、従来のメ
モリモジュールに対して部品の載せ替えおよび信号線の
接続し直しが起こるだけで、ピンを追加するというよう
な変更はない。なお、図16ではクロックイネーブル信
号線107のメモリモジュールのエッジとダンピング抵
抗間から信号分岐点をとっているが、ダンピング抵抗と
レジスタ間から信号分岐点をとってもよい。その構成図
を図17に示す。もちろん各信号線にダンピング抵抗が
挿入されなければ図16と図17は同一のものである。
タイプに変更して両側で終端した場合のメモリモジュー
ルの構成図を図18に示す。また、この図18に対し、
図17同様にクロックイネーブル信号線の分岐点をダン
ピング抵抗とレジスタ間に設定した場合のメモリモジュ
ールの構成図を図19に示す。更に、レジスタ出力信号
線を片側で終端した場合のメモリモジュールの構成図を
図20と図21に示す。
例を図22に示す。図16および図17との相違点は、
出力制御機能付きレジスタ104−2〜104−nの出
力イネーブル信号入力ポートには、メモリモジュール1
01に入力されるクロックイネーブル信号線107もし
くはダンピング抵抗通過後のクロックイネーブル信号線
を接続するものではなく、クロックイネーブル信号線1
07が入力されるレジスタ104−1の出力信号線を接
続する点にある。この場合、クロックイネーブル信号線
の負荷数は図1と同じであるために、メモリモジュール
とメモリコントローラ間のタイミング設計が容易とな
る。クロックイネーブル信号線のレジスタ出力の負荷数
はm個から(m+n)個に増大するが、メモリモジュー
ル内で閉じている話のためタイミング設計は難しくな
い。
タイプに変更して両側を終端した場合のメモリモジュー
ルの構成図を図23に示す。また、レジスタ出力信号線
を片側で終端した場合のメモリモジュールの構成図を図
24に示す。
なるものを使用しているが、レジスタの出力値が“H”
固定となるものを用いても構成可能である。
ブル信号の本数はメモリモジュール上のレジスタの個数
がn個の場合(n−1)本使用しているが、本数を1本
にしてメモリモジュール上で1:(n−1)の負荷数で
接続してもよいし、本数を1本から(n−1)本の間に
設定し、(n−1)個のレジスタには必ず接続されるよ
うにしてもよい。
クロックイネーブル信号線およびチップセレクト信号線
のビット数を1にしているが、負荷分散のために同じ意
味(信号線のL、Hのタイミングが同一)となる複数の
信号線を用意してもよい。
プセレクト信号線の性質から、図16から図24の構成
において、クロックイネーブル信号線やそのレジスタ出
力信号線ではなく、チップセレクト信号線やそのレジス
タ出力信号線を、出力制御機能付きレジスタ104−2
〜104−nや804−2〜804−nの出力イネーブ
ル信号入力ポートに接続して、該レジスタを制御するよ
うにしてもよい。
リモジュール上のレジスタを出力制御機能付きレジスタ
へ変更し、メモリアクセスが発生していないときに該レ
ジスタの出力値を固定することにより、レジスタでの消
費電力を抑えることが可能である。
である。
構成図である。
トである。
タイミングチャートである。
理値表である。
である。
ートである。
図である。
理値表である。
の構成図である。
の真理値表である。
の真理値表である。
えたメモリモジュールの構成図である。
えたメモリモジュールの構成図である。
えたメモリモジュールの構成図である。
の構成図である。
ールの構成図である。
えたメモリモジュールの構成図である。
えたメモリモジュールの構成図である。
えたメモリモジュールの構成図である。
えたメモリモジュールの構成図である。
の構成図である。
えたメモリモジュールの構成図である。
えたメモリモジュールの構成図である。
たメモリシステムのブロック図である。
デバイス 103 PLL回路 104−1〜104n 出力イネーブル制御機能付きレ
ジスタ 105 データ信号線 106 クロック信号線 107 クロックイネーブル信号線 108 チップセレクト信号線 109 アドレス信号線 110 コマンド信号線 111 レジスタ出力イネーブル信号線 112 ダンピング抵抗
Claims (3)
- 【請求項1】 複数の省消費電力対応型メモリデバイス
と、前記メモリデバイスへの信号をバッファリングする
ための複数のレジスタを備える省消費電力型メモリモジ
ュールにおいて、 前記レジスタの少なくとも一部のレジスタを出力制御機
能付きレジスタで構成するとともに、前記出力制御機能
付きレジスタの出力値を制御するための信号線を有する
ことを特徴とする省消費電力型メモリモジュール。 - 【請求項2】 請求項1記載の省消費電力型メモリモジ
ュールにおいて、メモリデバイスの消費電力を制御する
ための信号線が前記出力制御機能付きレジスタの出力値
を制御するための信号線を兼ねることを特徴とする省消
費電力型メモリモジュール。 - 【請求項3】 請求項1記載の省消費電力型メモリモジ
ュールにおいて、チップセレクト信号線が前記出力制御
機能付きレジスタの出力値を制御するための信号線を兼
ねることを特徴とする省消費電力型メモリモジュール。
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---|---|---|---|
JP2000178105A JP4717983B2 (ja) | 2000-06-14 | 2000-06-14 | 省消費電力型メモリモジュール及び計算機システム |
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