1、引言

当代系统越来越受存储性能的限制。处理器性能每年以60％的速率增长，存储器芯片每年仅仅增加10％的带宽，本文就如何设计一种符合当代DRAM结构的高效存储器控制器进行研究。

本文第二部分介绍当代DRAM结构特点；第三部分介绍存储器控制器结构以及调度算法；第四部分介绍模拟环境以及性能表现。

2、当代DRAM结构

为了提高存储器的性能，存储器控制器的设计必须充分利用当代DRAM的特点。DRAM是3D的存储器（体行列），每个体独立于其他体操作并且一次存取整行。当存储阵列的一行被存取（行xx），存储阵列的整行被传输到这个体的行缓冲。当一行在行缓冲中处于xx态，任何的读写（列存取）可以执行。当完成所有可利用的列存取，被缓冲的行必须依靠外在的操作（体预充电）写回存储阵列，为后来的行xx操作做准备。

存储器存取调度者必须满足DRAM时序和资源限制。共享的地址和数据线资源使存取串行化到不同的DRAM体，但是每个体的状态机是独立的。因此，调度者必须仲裁要使用单一资源的预充电、行、列操作。要充分利用存储带宽，必须每次行xx下有足够的列存取并且隐藏其他体的预充电/xx延迟。

3、存储器控制器结构及调度算法

存储器存取调度是排序DRAM操作（体预充电，行xx，列存取）完成当前挂起的存储器存取的过程。操作表示一个命令（如行xx、列存取），被存储器控制器发射到DRAM。访问表示由处理器产生的存储器访问（如读访问或者写访问）。一个访问产生一个或者多个存储器操作。

图1.存储器控制器结构

图1显示采用存取调度算法的控制器结构。每个体有预充电管理器，行仲裁器。预充电管理器决定什么时候对与他相关的体预充电。每个体的行仲裁器决定哪一行被xx。列仲裁器被所有体共享，授权共享的数据线资源给来自所有挂起的访问的列存取。{zh1}，预充电管理器、行仲裁器、列仲裁器发射选择的操作给单一的地址仲裁器，地址仲裁器授予共享地址资源给一个或者多个操作。

预充电管理器，行仲裁器，列仲裁器可以使用多个不同的策略选择DRAM操作。由于地址线资源的是共享的，地址仲裁器策略决定哪个预充电、xx、列操作被执行。跟其他调度策略一样，按序或者优先权策略可用来作为地址仲裁器策略。列优先调度策略可以减少到xx行的访问延迟，然而预充电优先或者行优先调度策略会增加体并行性。

下面介绍几种预充电管理器，行仲裁器，列仲裁器可能使用的调度策略：

In order：DRAM操作只会执行最早请求挂起的访问；

Ordered：越老的访问优先级越高；

Open：只有在其他行有挂起的访问而xx行没有挂起的访问才进行体预充电。当有显著的行局部性使得后来的访问命中前面访问的行，Open策略应该采用；

Closed：只要xx行没有挂起的访问体就预充电。后来的访问不太会命中前面访问的行，closed策略应该采用。

4、控制器性能表现

传输带宽而不是访问延迟驱动流处理器性能。因此处理系统是首要的需要存储器存取调度。为了评价存储器存取调度对于媒体处理器的性能影响，通过模拟运行典型的基准程序。

4.1模拟环境及基准

Imagine流存储系统包括2个地址产生器，4个交叉存储体控制器，2个记录缓冲按正确顺序放置流数据在SRF。所有这些单元在同一芯片Imagine处理器核中。地址产生器支持3种地址模式：常量跨步，间接寻址，位翻转。地址产生器可以产生任何长度的存储器访问流，只要数据适合SRF。对于跨步访问，地址产生器利用基址、跨步、长度，连续的地址依照基地址增加跨步常量。对于间接寻址，基地址加上来自SRF的变址计算地址。实验运行在一组微基准上，如表1。