Kostenoptimierte DDR-SDRAM Lösung auf Xilinx Spartan3 FPGA von Memec Design

Unterhaching, 23.12. 2004 19:35

DDR-SDRAM Lösung auf Xilinx Spartan3 FPGA
Kostenoptimierte DDR-SDRAM Lösung auf Xilinx Spartan3 FPGA von Memec Design

Memec Design lieferte im Zusammenhang mit einem grösseren Entwicklungsprojekt eine spezifische DDR-SDRAM Lösung, welche die Anbindung von DDR-SDRAM an das proprietäre Interface eines ASICs beinhaltete.

Dazu wurden Virtex2 Bausteine von Xilinx eingesetzt, welche für diese Aufgabe ideal geeignet waren. Die Herausforderung lag darin, Datenströme von kontinuierlichen 20 Gbit/s zu verarbeiten und im DDR-SDRAM abzulegen, respektive auszulesen. Dazu wurde ein 80 bit breites DDR-SDRAM Interface mit 133 MHz eingesetzt. Die Schaltung wurde in einem Virtex2-1000-5 Baustein integriert und erfolgreich getestet. Dank der Performance dieser Bausteine und der verfügbaren Cores konnte diese Entwicklung effizient und kostengünstig durchgeführt werden.

Aufgrund der zunehmenden Performance-Anforderungen der Produkte, kombiniert mit einer Verkleinerung der Abmessungen des Endproduktes, wurde die Möglichkeit untersucht, gleich zwei dieser Controller in einem FPGA unterzubringen. In diesem Zusammenhang wurde auch eine Reduktion der Produktionskosten angestrebt.

Nach einer Vorstudie, welche die verschiedenen Möglichkeiten analysierte, wurde entschieden, mittels Spartan3-1500 Bausteinen die Dual-Controller Lösung zu realisieren. Das Bestreben, möglichst günstige und damit kleine Bausteine einzusetzen, hatte zur Folge, dass die Frequenz von 133 MHz auf 166 MHz angehoben werden musste, da nicht mehr genügend Puffer-Speicher zur Verfügung stand, um den nötigen Refresh-Zyklen zu bewältigen. Diese Herausforderung konnte mit bestehenden Controller-Konzepten von den Ingenieuren der Memec Design nicht realisiert werden. Es musste nach Alternativen gesucht werden, welche über den gesamten Temperatur-, Spannungs- und Prozess-Bereich zuverlässig funktionierten. Daher wurde ein völlig neues Konzept ausgearbeitet, welches auf diese spezifische Aufgabe ausgerichtet war. In perfekter Teamarbeit wurde die Machbarkeit abgeklärt, wobei Ingenieure des Kunden board-spezifische Aspekte mit Memec Design’s FPGA Know How kombinieren konnten. In einem ersten Schritt arbeitete Memec Design mit schnellen Speedgrades (-5), um zu beweisen, dass die Schaltung im betreffenden Baustein realisierbar ist. Komplexe Simulationen und Berechnungen waren nötig, um den Beweis zu erbringen, dass die Schaltung in allen so genannten „corner cases“, das heißt in allen Extremsituationen, korrekt funktioniert. Einschlägige Laborversuche liefern dazu keine zuverlässigen Aussagen. Nach vier Wochen Entwicklungsarbeit konnte diese Projektphase erfolgreich abgeschlossen werden.

Aufgrund der zu erwartenden Stückzahlen bestand der Anreiz, eine Optimierung der Schaltung vorzunehmen, um auf Standard Speedgrades (-4) wechseln zu können, was sich nicht nur positiv im Preis auswirkt, sondern auch auf die kurzfristige Lieferbarkeit der Bausteine. Die extrem hohe Packungsdichte der Boards verlangte neben der Timing-Optimierung des FPGA Designs auch eine angepasste Pin-Belegung. Wiederum war die enge Zusammenarbeit mit den Board Layout Ingenieuren des Kunden Schlüssel, um dieses aggressive Ziel zu erreichen. Das Endprodukt erlaubt heute, in einem low-cost Spartan3 FPGA eine konstante IO-Bandbreite von über 80 Gbit/s zu erreichen.

Anhand dieses Projekts konnte deutlich gezeigt werden, dass mit innovativen Konzepten, präzisem Engineering und optimaler Team-Arbeit Lösungen erzeugt werden können, welche kommerziell sehr attraktiv sind. Dazu gehört natürlich die Verfügbarkeit und Auswahl der richtigen Technologie wie auch das Beherrschen entsprechender Tools für Simulation, Place & Route und Timing Analyse. Die Aufwände, welche dabei entstanden, werden bereits im ersten Produktionsjahr um Faktoren kompensiert – ein Vorteil, welcher natürlich vollumfänglich unseren Kunden zukommt.

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Memec is a global semiconductor distributor specializing in demand creation and servicing the electronics industry with more than 2,400 employees, including over 1,800 field application engineers, technical sales specialists, technical marketing professionals, and account representatives around the world. The Company provides original equipment manufacturers with engineering expertise and a portfolio of semiconductor devices, and helps design customized, differentiated products.

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