Memory Compiler的前生今世

Memory是大家Floorplan中经常使用到一个器件，而且需要花费不少时间去摆放它。Memory的种类很多，各种类型还分别具有不同的参数。那大家有没有想过，对一个设计来说，我们是如何去选择合适的memory类型？不同的类型有什么区别？

在后端设计实现中，我们把这一过程称为memory compiler。下面，我们来介绍下memory compiler的具体内容。

Memory种类

Memory用来存储和读写的大量的二进制数据。按功能上分类，基本可以分为两大类：只读存储器（ROM）和随机存取存储器（RAM）。ROM只能读，不能写；RAM既能读又能写。RAM具有易失性。断电以后，RAM中保存的数据将全部丢失；而ROM中的数据则可以长久保存。

RAM可以分为常用的SRAM和DRAM。SRAM是静态的存储器，存储单元是一个触发器，有0，1两个稳态；DRAM是动态的存储器，比SRAM要复杂一些，因为它会利用电容器存储电荷来保存0或1，需要在存储数据的过程中需要对于存储的信息不停的刷新。 这边还需要提到另一种常用的存储器，我们称为Register File。 它是由多个寄存器堆组成的阵列，内部结构功能上和SRAM完全类似。只是Register File去除了bist电路，容量较小，速度也比较快。

Memory结构

其实，存储器内部结构基本都差不多。一般由存储阵列，地址译码器和输出控制电路组成。我们把存储阵列以外的电路都称为外围电路（Periphery）。存储阵列是memory的核心区域，它有许多存储单元组成，每个存储单元存放一位二值数据。每次读出一组数据，称为一组字。一个字中所含的位数称为字长（Bit）。为了区别各个不同的字，给每个字赋予一个编号，称为地址，由译码器将地址代码转译。地址单元个数就是字数（Depth），用N表示，数值为2n，n为地址码的位数。

实际运用中，我们经常以字数（Depth）和字长（Bit）的乘积来表示存储器的容量。如下图中的ROM容量为28 X 1，有256个字，字长为1位，总共256个存储单元。容量越大，意味着能存储的数据越多。

Memory配置

一般foundry提供的memory databook上，会有以下参数指标，然后我们根据上面这个memory来对照一下这些指标。

WL: Physical Word Lines 字线 16条

BL：Physical Bit Lines 位线 16条

WD: Word Depth （WL * MUX）字数 16*16 =256

BIT: I/O Data Width （BL/MUX）字长 16/16 =1

Granularity：步长，WD或者BIT间隔的大小，只能按步长整数倍增加

BANK：分块，在Memory中，如果Bit line很长，会造成它的充放电速度很慢，导致memory的频率很低，这时，我们会将存储阵列分成N个bank来降低Bit line的长度

SEG: 分段，在Memory中，如果Word line很长，会影响它的性能，所以按Word line方向，把存储阵列分成N个segment.

BANK和SEG图示如下：

C64，C128，C256: Cell per bit line。每条bit line上挂的存储单元个数，经常有64，128，256等不同数字，该数值越大，表示配置的memory速度越慢，但是面积会越小；数值越小，表示配置的memory速度越快，但是面积会越大。

通常，大家还会看到类型HD，HC，HP等缩写，这些都是表征不同类型Bitcell和外围电路（Periphery）组成的。

HD：High Density Bitcell ，面积较小

HC：High Current Bitcell 高工作电流，access time较小

HP：High PerformancePeriphery ，速度快

LP：Low-Power Periphery ，功耗较小

ULP：Ultra-Low Power Periphery，超低功耗

ULL：Ultra-Low Leakage Periphery，超低漏电流

Memory端口

Memory端口类型也有很大的区别，通常分为单口和双口。

Register file速度快，面积小，容量小。小容量下，我们应该优先选择Register file，它可以分为以下三种：

Single port(1RW): 一个端口，只能执行读或者写操作

Two port(1R/1W)：2个端口，一个端口读，另一个端口写，可以独立不同的时钟频率

Pseudo two port(1R/1W)：2个端口，一个端口读，另一个端口写，只有一个时钟。

三个种类的示意图如下：

SRAM包含更多的模块，容量可以做得更大，可以拥有更多的bank，速度较慢，面积更大。大容量需求时，可以优先考虑SRAM。

SRAM按端口类型也可以分为以下三种：

Single port(1RW): 一个端口，只能执行读或者写操作

Dual port(2RW)：2个端口，两个端口可以同时读写，可以独立不同的时钟频率

Pseudo two port(1R/1RW)：2个端口，一个端口读，另一个端口可以读可以写，只有一个时钟。

示意图如下：

Memory compiler方法

说了这么多，最后，如何运行memory compiler呢?

如果你理解了上文中的各个参数含义，那么运行memory compiler是非常简单的。一般来说，vendor会提供给我们memory compiler，当然每家提供的都不一样。下载到linux后，填入需要的各个参数(WD,BIT,MUX,Granularity等)，然后它就会帮我们生成我们所需要的memory的物理和时序库。