SRAM的Multiplexer Width设置

发布于:2024-10-15 ⋅ 阅读:(120) ⋅ 点赞:(0)

概念理解:

        SRAM的 Multiplexer Width(多路复用器宽度)为16 指的是在存储器的架构中,控制多少条位线(bit lines)与输出相连接。通常情况下,SRAM的位宽(bit-width)决定了每次读写操作中可以同时传输的数据位数,而Multiplexer Width与访问方式有关。

        具体来说:

  • 位宽(bit-width)表示SRAM每次读写的数据位数。例如,位宽为32的SRAM每次读写可以传输32位数据。
  • Multiplexer Width = 16 表示存储单元通过16:1的多路复用器将位线连接到输出。也就是说,SRAM可能会将内部位线通过多路复用后,将16条内部数据线中的一部分选择并传送到输出端。

        如果SRAM的位宽是32,而Multiplexer Width是16,这意味着需要两组多路复用器输出每次操作中完整的32位数据(每次操作分成两次,从16条位线中选择两组)。

        因此,Multiplexer Width与SRAM的位宽相关,因为它会影响SRAM的访问结构和数据输出方式,特别是在优化面积和功耗时。

Multiplexer Width的影响:

        那Multiplexer Width大好,还是小好呢,这个值对面积和功耗的影响是什么样的呢?

        Multiplexer Width 的大小对 SRAM 的面积功耗 有重要影响,选择合适的值需要根据应用的具体需求进行权衡:

1. Multiplexer Width 较大时(假设深度较大)

  • 优点:
    • 面积可能较小:因为一个大的多路复用器可以减少位线的数量。位线占据了SRAM中较大的面积,减少位线的数量可以降低整体的面积。
    • 位线电容减小:位线的电容与它的长度和数量有关,较少的位线可以降低电容,从而减少动态功耗。
    • 位线复用:当MUX宽度增大时,可以通过更高效的方式复用位线。例如,较大的MUX可以通过选择逻辑同时读取更多的位,降低了需要单独位线的数量
  • 缺点:
    • 速度较慢:多路复用器的选择过程会增加访问延迟,可能降低读写速度。
    • 功耗增加:虽然位线电容减小,但多路复用器本身的功耗较高。特别是当Multiplexer Width 较大时,控制多路复用器的逻辑电路会更加复杂,增加了静态功耗。

2. Multiplexer Width 较小时(假设深度较大)

  • 优点:

    • 速度较快:位线直接连到输出端或有较少的多路复用器选择,减少了延迟,读写操作速度更快。
    • 功耗较低:少量的多路复用器控制逻辑可以减少静态功耗。
  • 缺点:

    • 面积可能增大:较小的多路复用器会导致更多的位线,从而增加整体的面积,尤其是当位线数量显著增加时。
    • 位线电容增加:更多的位线意味着更多的电容,可能导致更高的动态功耗。

总结

  • 功耗:Multiplexer Width 增大时可以减少位线电容,从而降低动态功耗,但过大的多路复用器会增加控制电路的功耗。
  • 面积:Multiplexer Width 大时可以减少位线数量,进而缩小芯片面积。
  • 速度:Multiplexer Width 小可以减少多路选择带来的延迟,提升速度。

        选择合适的 Multiplexer Width 时,需根据设计目标(功耗、面积、速度等)进行平衡。如果你优先考虑 功耗面积,较大的 Multiplexer Width 可能更合适。如果更关注 速度,则较小的 Multiplexer Width 可能更好。

问题

假设位宽64,mux是16时那就是需要四组mux。mux为32时仅需要组mux,为什么反而mux为32时,芯片的宽度更宽呢?

这是一个很好的问题,涉及到存储器内部架构和物理布局。MUX宽度(MUX width)的增大确实减少了并行所需的MUX数量,但反而会导致芯片宽度增加,原因在于存储器内部电路的复杂性和物理布局。让我们从以下几个角度来解释。

1. MUX width对芯片宽度的影响

  • MUX width 16:每次读取64位数据,需要使用4个16位的MUX来并行读取数据。这意味着数据在多个存储单元中分布,MUX的选择逻辑和输出数据路径相对较少,因此占用的横向面积相对较小。

  • MUX width 32:每次读取64位数据,只需要使用2个32位的MUX。这减少了MUX的数量,但每个MUX的复杂度和相应的数据线路宽度增加。更宽的MUX需要处理更多位的数据,并且MUX选择逻辑、线路数量和缓冲电路也会变得更加复杂,导致横向占用面积增加。

2. 为什么MUX width增加,芯片宽度反而增加

  • MUX width越大,单个MUX的复杂性越高。MUX需要处理更多位的数据,这会增加多路复用器的选择逻辑驱动电路缓冲器连接线的数量。这些电路增加了布局上的需求,横向占用更多面积。

  • 线路复杂度:MUX width越大,意味着每个MUX需要处理更多的输出位数。宽的数据通道需要更多的布线,并且为了保持信号完整性和稳定性,这些线路通常需要加宽或者加入额外的驱动器。这样,整体横向布局的复杂度和占用面积都会增加。

  • 逻辑资源增加:随着MUX宽度的增加,MUX的选择控制逻辑也需要扩展。选择逻辑和缓冲电路都会影响布局的宽度,进一步导致芯片横向面积增加。

3. MUX width 与 Layout(布局)的关系

  • MUX width = 16时,存储单元可以分布得相对均匀,MUX选择较少的列,数据输出线路较短,横向的MUX布置也相对少一些。

  • MUX width = 32时,虽然MUX数量减少了,但每个MUX的输入数据量加大,列选择逻辑更复杂,线路需要更长或更宽,增加了物理布局的难度,导致芯片的横向占用变得更大。

4. 更宽的MUX带来的权衡

  • 性能提升:虽然MUX width更大,芯片宽度增加,但因为读取的数据更多,存取速度可能会有提升。

  • 功耗增加:MUX宽度越大,驱动更多位的MUX消耗的功率也会增加,可能会带来额外的功耗负担。

  • 面积与性能权衡:设计中需要权衡MUX width的大小带来的性能提升和面积、功耗的增加。在某些情况下,增大MUX width带来的性能提升可能不足以抵消面积和功耗的增加,因此需要综合考虑使用场景和设计目标。

总结:

尽管MUX width增加会减少所需的MUX数量,但每个MUX处理的数据量和线路复杂度增加,会导致芯片的横向占用面积变大。因此,MUX width = 32时,芯片的宽度会比MUX width = 16时更宽。选择合适的MUX width时,设计者需要在性能、面积和功耗之间做出权衡。


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