UltraRAM是存儲技術(shù)方面的一項(xiàng)突破

UltraRAM 是 UltraScale +? 系列中最新的存儲器模塊，能實(shí)現(xiàn)高達(dá) 500Mb 的總片上存儲容量，相當(dāng)于賽靈思 28nm FPGA 片上存儲器容量的 6 倍。

傳統(tǒng)的 FPGA 和 SoC 包含的片上存儲器以 block RAM 和分布式 RAM 的形式存在。由于器件能以更高數(shù)據(jù)速率處理更多數(shù)據(jù)，因此越發(fā)需要將數(shù)據(jù)緩沖或存儲在靠近處理器的位置。

UltraScale+ 系列中的新產(chǎn)品是一款容量更大的稱為 UltraRAM 的靈活存儲器模塊。

UltraRAM 模塊可級聯(lián)在一起構(gòu)成更大的片上存儲器。在設(shè)計(jì)中使用 UltraRAM 很簡單，因?yàn)橘愳`思提供了所有必要工具，利用這些工具可以在設(shè)計(jì)中集成功能強(qiáng)大的最新模塊。
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緩沖與存儲的需求增加

UltraScale+ ? FPGA 和 MPSoC 能夠傳輸和處理的數(shù)據(jù)比前一代器件多得多。最大的 Virtex?UltraScale+ FPGA（即 VU13P）包含 128 個(gè)數(shù)據(jù)速率高達(dá) 32.75Gb/s 的 GTY 收發(fā)器，以及超過 11,000個(gè) 工作頻率接近 900MHz 的 DSP Slice。這樣可得到 8.4Tb/s 串行帶寬和 21 TMAC/s 的信號處理速度，因此，片上存儲器也需要實(shí)現(xiàn)同樣的增長，以使系統(tǒng)能夠有效地緩沖處理前進(jìn)入的數(shù)據(jù)和處理后流出的數(shù)據(jù)。

到達(dá)（進(jìn)入）UltraScale ? FPGA 器件， block RAM 和分布式 RAM 可作為快速和高效的片上存儲器。為了成功處理數(shù)百兆位的數(shù)據(jù)，通常需要使用外部存儲器，例如 DDR4、DDR3 或 RLDRAM3。

UltraScale+ 系列產(chǎn)品則采用一種新的存儲方法。UltraRAM 是一種大容量、重量輕的存儲器模塊，使UltraScale+ 器件具備 500Mb 以上的高能效、低成本片上數(shù)據(jù)存儲器，相當(dāng)于賽靈思 28nm FPGA 片上存儲器的 6 倍。

靈活的級聯(lián)功能使得 UltraRAM 模塊能夠采用多種配置——既可單獨(dú)使用，也可在器件中將所有模塊連接在一起使用。這使得用戶能夠構(gòu)建大小適合應(yīng)用需求的存儲器陣列，并省去一些 PCB 上的外部存儲器組件，例如 QDR SRAM。

UltraRAM 細(xì)節(jié)與特性

賽靈思很多代的 FPGA 和 SoC 都采用分列架構(gòu)，將不同資源列并排布置在一起。列的數(shù)量和高度直接決定 FPGA 或 SoC 的尺寸和容量。

大多數(shù) Kintex? UltraScale+ 和 Zynq? UltraScale+ 器件都包含一列 UltraRAM ；高端 Virtex UltraScale+FPGA 則包含多達(dá) 5 列 UltraRAM。UltraRAM 可在設(shè)計(jì)中作為單個(gè) 288Kb 存儲器，或者連接在一起構(gòu)成更大的 RAM 陣列。相同列中的所有 UltraRAM 都可連接在一起，通過專用的級聯(lián)路由傳送地址、數(shù)據(jù)和控制信號。在 Kintex UltraScale+ 和 Zynq UltraScale+ 器件中，級聯(lián)得到的 RAM 陣列可高達(dá)36Mb，在 Virtex UltraScale+ 器件中可達(dá)到 22.5Mb。Virtex UltraScale+ 系列中，所有 UltraRAM 列都可通過光纖路由連接在一起，在最大器件中可構(gòu)成容量達(dá) 360Mb 的存儲器陣列。

每個(gè) UltraRAM 模塊都是一個(gè)雙端口同步 288Kb RAM，采用深度為 4,096、寬度為 72 位的固定配置。端口 A 和端口 B 共享相同時(shí)鐘信號。在外部時(shí)鐘的單個(gè)周期內(nèi)，端口 A 操作總是在端口 B 操作之前完成。每個(gè)端口在每個(gè)時(shí)鐘周期都可獨(dú)立執(zhí)行一個(gè)讀操作或一個(gè)寫操作。當(dāng)兩個(gè)端口在相同時(shí)鐘周期內(nèi)以相同地址（即地址沖突）執(zhí)行寫操作時(shí)，端口 B 的寫操作有效，因?yàn)槎丝?A 上的寫操作被覆蓋。當(dāng)端口 A 執(zhí)行讀操作，而端口 B 以相同地址執(zhí)行寫操作時(shí)，端口 A 獲得存儲器陣列中的舊數(shù)據(jù)，然后端口 B 上的新數(shù)據(jù)被寫到存儲器陣列。當(dāng)端口 A 執(zhí)行寫操作，端口 B 執(zhí)行讀操作時(shí)，端口 A 上的新數(shù)據(jù)被寫入存儲器陣列，新數(shù)據(jù)也被讀到端口 B。對于每個(gè)端口，當(dāng)執(zhí)行寫操作時(shí)，該端口的讀輸出不變，保持之前的值。

每個(gè) UltraRAM 存儲器陣列的內(nèi)容都被每個(gè)端口上的漢明碼單誤差校正雙誤差檢測 (SECDED) ECC碼保護(hù)，以確保數(shù)據(jù)完整性。啟動 ECC 后，UltraRAM 提供 64 位寬的被保護(hù)數(shù)據(jù)字。UltraRAM 的SECDED ECC 代碼與 block RAM 的兼容。這樣可實(shí)現(xiàn)端到端數(shù)據(jù)保護(hù)方案，即在一個(gè)存儲器輸入端進(jìn)行編碼的數(shù)據(jù)，在下游存儲器輸出端對其進(jìn)行解碼之前，可在多個(gè)流水線級、存儲器類型和 / 或邏輯上保持受保護(hù)狀態(tài)。

UltraRAM 每兩個(gè)端口包含多達(dá)四個(gè)流水線級，并可針對 1-4 個(gè)時(shí)鐘周期的時(shí)延進(jìn)行配置。當(dāng)通過級聯(lián)UltraRAM 搭建較大的 RAM 陣列時(shí)，時(shí)延取決于所用 UltraRAM 的數(shù)量（即陣列的大小以及目標(biāo)工作頻率）。

功耗降低

UltraRAM 提供各種內(nèi)置功能以最大化功率效率，通常無需用戶干預(yù)。這些功能包括 ：
? 將設(shè)計(jì)中不用的 UltraRAM 斷電
? 自動對不使用的流水線寄存器進(jìn)行時(shí)鐘門控
? 當(dāng) UltraRAM 長時(shí)間不使用時(shí)，使其進(jìn)入休眠模式