高速存储器接口IBIS建模中的挑战与解决方案

逍遥设计自动化

引言
/ O) F; u. ?! A1 c0 k3 Z高速存储器接口已发展到支持数千兆比特每秒(Gbps)的数据传输率。这种发展为存储器接口的有效建模带来了多种挑战，特别是在IBIS（输入/输出缓冲信息规范）模型方面。本文探讨了高速存储器接口模型开发中的主要挑战和相应解决方案，重点关注封装建模和均衡器实现。
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图1：展示了高速存储器接口中IBIS模型的主要挑战，突出显示了封装模型和均衡器模型的挑战。
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; X4 O/ n! ]. \! D3 F封装模型的挑战与解决方案
存储器接口日益复杂，在封装建模方面引发了多个挑战。目前支持Touchstone格式的模型主要分为两类：互连模型和EMD（电气模型数据）。每种方法都有各自的优势和局限性，需要仔细权衡。
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图2：互连模型和EMD的比较表，显示了在多重连接、EDA工具支持、显示实现和文件路径规范方面的优势和限制。
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) H( Y% [+ u, O4 d封装建模中的主要挑战之一是有效支持多重连接。这在涉及多芯片封装的情况下尤为明显。虽然互连模型使用广泛，但在处理多重连接方面存在局限性。

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  p4 q: U. [- X3 T6 _图3：互连模型和EMD在多重连接支持方面的对比图，展示了各自在处理多芯片封装时的优势和局限性。
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封装模型的实现和可视化也是一个重要挑战。这些模型在EDA工具中的显示和处理方式会显著影响设计过程中的可用性和有效性。
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图4：互连模型和EMD的显示实现对比，展示了在具有多个封装实例的pcb设计中封装的可视化方式。

: o7 n7 q% A' I6 ]均衡器模型的挑战
7 m$ s3 G( s  t- K  F0 x! [DDR规范中引入均衡器带来了新的建模复杂性。特别关注的是判决反馈均衡器(DFE)，其使用外部时钟信号(DQS)运作，而非SerDes实现中使用的时钟和数据恢复(CDR)系统。
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图5：DDR DFE和SerDes DFE架构的对比图，突出显示了时钟实现的差异。
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基于双尾锁存型电压感应放大器(DTSA)的DFE实现引入了额外的建模挑战。这些实现使用动态放大器作为加法器，在信号处理和分析方面与传统线性放大器有显著差异。

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图6：展示DTSA基础DFE架构和探测点挑战的技术图。
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7 l* z1 g( `9 G! P) x+ X, E随着存储器接口的复杂性增加，S参数模型的文件大小管理也面临挑战。随着数据速率提高和并行接口变得更加复杂，提取的S参数文件大小显著增长。这种增长需要仔细考虑磁盘使用、分析时间以及模型精度与文件大小之间的权衡。
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8 i+ d9 h7 j2 V, A4 {当前建模环境中，Touchstone和IBIS-ISS文件的路径规范也是一个挑战。虽然IBIS规范提供了文件位置规则，但由于缺乏明确的路径设置描述，导致在不同EDA工具中的实现不一致。这种不一致可能导致兼容性问题，使模型集成过程变得复杂。

针对这些挑战，提出了以下解决方案：

提升互连模型以支持与EMD相当的多重连接能力，为复杂封装配置建模提供更大灵活性。

制定清晰的封装模型指南并促进行业采用，确保实现一致性和更广泛的工具支持。

建立统一的文件路径描述规范，消除歧义并提高不同EDA工具间的兼容性。

为基于DTSA的DFE实现开发新的建模方法，可能包括数字信号的通过/失败判定方法。
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基于DTSA的DFE建模提出了独特的挑战，需要创新解决方案。在处理动态放大器时，传统的模拟信号探测方法变得问题重重，因为输出可能不提供适合分析的探测点。这种限制要求在均衡化之前探测输入信号，或者处理切片器的数字信号输出。
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IBIS开放论坛和EDA模型专业委员会继续致力于解决这些挑战。未来的发展可能包括处理外部时钟驱动均衡器的新规范，以及改进的大型S参数文件管理方法。行业重点仍然是开发更高效、更准确的模型，同时保持与现有工具和工作流程的兼容性。
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6 a; t3 U1 p* j, j9 ]2 X参考文献
[1] M. Yoshitomi, "Challenges and Proposals in Developing Models for High-Speed Memory Interface," KIOXIA Corporation, Design Technology Innovation Div., 2024.
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