AN58815 Advantages of 65-nm Technology over 90-nm Technology QDR Family of SRAMs (Japanese).pdf

AN58815
65nm プロセス技術を使った QDR® ファミリ SRAM の 90nm 製品に対する優位性
作成者: Jayasree Nayar
関連プロジェクト: なし
関連製品ファミリ: CY7C13xxKV18、CY7C14xxKV18
CY7C15xxKV18、CY7C25xxKV18、CY7C16xxKV18、CY7C26xxKV18
ソフトウェアバージョン: なし
関連アプリケーション ノート: AN42468、AN54908
このアプリケーション ノートでは、65nm QDR® ファミリ SRAM の 90nm QDR® SRAM に対する優位性を説明します。
はじめに
概要
65nm プロセス技術の QDR ファミリのデバイスは、90nm ファ
ミリより大幅な利点をもたらします。このアプリケーション ノート
では、これらの利点と、90nm から 65nm へのデバイス移行の
ためのガイドラインを説明します。
表 1 では、65nm と 90nm QDR デバイス ファミリの特長と相
違点が強調表示されています。
表 1. 65nm、90nm QDR ファミリのデバイスの特長
QDRII
DDRII
DDRII
SIO
QDRII+
QDRII+
DDRII+
DDRII+
DDRII+
SIO
DDRII+
SIO
読み出しレイテンシ – 90nm と 65nm
1.5
1.5
1.5
2
2.5
2
2.5
2
2.5
書き込みレイテンシ – 90nm と 65nm
1
1
1
1
1
1
1
1
1
65nm
333MHz
333MHz
該当なし
450MHz
550MHz
450MHz
550MHz
該当なし
該当なし
90nm
300MHz
300MHz
該当なし
400MHz
450MHz
400MHz
450MHz
該当なし
該当なし
65nm
48Gbps
24Gbps
該当なし
64Gbps
80Gbps
32Gbps
40Gbps
該当なし
該当なし
90nm
44Gbps
22Gbps
該当なし
58Gbps
64Gbps
29Gbps
32Gbps
該当なし
該当なし
Idd - アクティブ電流[2、4] (4 ワード
バースト)
65nm
850mA
510mA
該当なし
1100mA
1310mA
630mA
740mA
該当なし
該当なし
90nm
1040mA
900mA
該当なし
1300mA
1475mA
950mA
1050mA
該当なし
該当なし
Iddq - I/O スイッチング
電流 [3、4] (4 ワード バースト)
65nm
90mA
90mA
該当なし
120mA
150mA
120mA
150mA
該当なし
該当なし
90nm
80mA
80mA
該当なし
110mA
120mA
110mA
120mA
該当なし
該当なし
65nm
90nm
周波数 (4 ワード バースト)
帯域幅[1] (4 ワード バースト)
1
65nm、90nm
最大の帯域幅 = 最大周波数 x データレート x 最大バス幅 x ポート数
2
上記に指定された比較用アクティブ電流は、72M QDRII/DDRII/QDRII+/DDRII+ファミリの SRAM の値です。容量が違う SRAM のアクティブ電流 (Idd) に関しては、以下のリンクで、関連製品データシ
ートを参照してください。
http://www.cypress.com/?id=95
3
ちなみに、前に述べた I/O スイッチング電流の値は、1.5V Vddq、5pF 負荷静電容量、36 のスイッチング I/O、および前述した最高周波数という仮定に基づいています。
4
SRAM が消費する電力を計算するためには、以下のリンクに掲載されているツールを使ってください。
http://www.cypress.com/?docID=23984
www.cypress.com
文書番号: 001-92735 Rev. *A
1
®
65nm プロセス技術を使った QDR ファミリ SRAM の 90nm 製品に対する優位性
表 1. 65nm、90nm QDR ファミリのデバイスの特長
QDRII
DDRII
DDRII SIO
QDRII+
QDRII+
DDRII+
DDRII+
DDRII+
SIO
DDRII+
SIO
65nm
333MHz
333MHz
333MHz
333MHz
333MHz
450MHz
550MHz
450MHz
550MHz
90nm
300MHz
300MHz
300MHz
300MHz
300MHz
400MHz
450MHz
該当なし
該当なし
65nm
48Gbps
24Gbps
24Gbps
48Gbps
48Gbps
32Gbps
40Gbps
64Gbps
80Gbps
90nm
44Gbps
22Gbps
22Gbps
44Gbps
44Gbps
29Gbps
32Gbps
該当なし
該当なし
Idd - アクティブ電流 [2、4]
(2 ワード バースト)
65nm
990mA
640mA
640mA
990mA
990mA
820mA
970mA
820mA
970mA
90nm
1215mA
1020mA
980mA
該当なし
1150mA
1420mA
1420mA
該当なし
該当なし
Iddq - I/O スイッチング電流[3、4]
(2 ワード バースト)
65nm
90mA
90mA
90mA
90mA
90mA
120mA
150mA
120mA
150mA
90nm
80mA
80mA
80mA
該当なし
80mA
110mA
120mA
該当なし
該当なし
65nm
4pF/4pF
4pF/4pF
4pF/4pF
4pF/4pF
4pF/4pF
4pF/4pF
4pF/4pF
4pF/4pF
4pF/4pF
90nm
5.5pF/6pF
5.5pF/6pF
5.5pF/6pF
5pF/7pF
5pF/7pF
5pF/8pF
5pF/8pF
該当なし
該当なし
周波数 (2 ワード バースト)
帯域幅[1] (2 ワード バースト)
入力/出力静電容量[5]
出力データの入力クロック (C、C#) — 90nm と 65nm
有
無
QVLD (有効な出力データ表示) — 90nm と 65nm
無
有
ODT (オンダイ終端) — 65nm のみ適用可能。
90nm に対応しない。
無
有
65nm
18Mb、36Mb、72Mb、144Mb
90nm
18Mb、36Mb、72Mb
容量
構成 (バス幅) – 90nm と 65nm
x9、x18、x36
VDD (コア) – 90nm と 65nm
1.8V±0.1V
VDDQ (I/O) – 90nm と 65nm
1.8V±0.1V または 1.5V±0.1V
SER (FIT/Mb)[6]
単一論理ビット反転
(LSBU) - 65nm
単一論理ビット反転
(LSBU) - 90nm
複数論理ビット反転
(LMBU) – 90nm、65nm
216 (85°C の場合)
368 (85°C の場合)
0.01 (85°C の場合)
SEL (FIT/Dev) – 90nm、65nm
クロックの生成及びロック
時間
フェーズロック ループ
(PLL) – 65nm[7]
遅延ロックループ
(DLL) – 90nm
0.1 (85°C の場合)
有 (PLL のロック時間): 20µs [8]
有り (DLL ロック時間): 1024 クロック サイクル (QDRII/DDRII の場合)、2048 クロック サイクル (QDRII+/DDRII+の場合)
エコー クロック (CQ、CQ#)
有
PKG—90nm、65nm
165 ボール FBGA
65nm
90nm
65nm、90nm
5
ちなみに、前述した容量の値は、72M QDRII/DDRII/QDRII+/DDRII+ファミリの SRAM の値です。容量の異なる SRAM の関連製品データシートは、以下のリンクを参照してください。
http://www.cypress.com/?id=95
詳細は、「Accelerated Neutron SER Testing and Calculation of Terrestrial Failure Rates – AN54908」のアプリケーション ノートを参照してください。
7
PLL の 20µs のロック時間は、QDR 協会が定義する仕様です。サイプレスの 65nm QDR ファミリのデバイスは、90nm QDR ファミリ デバイスと下位互換性を備えています。このデバイスでは、PLL
ロック時間は、QDRII、DDRII デバイスの場合は 1024 クロック サイクルで、QDRII+、DDRII+ デバイスの場合は 2048 クロック サイクルです。
6
8
クロック サイクルの数= 周波数 x 20µs
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文書番号: 001-92735 Rev. *A
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®
65nm プロセス技術を使った QDR ファミリ SRAM の 90nm 製品に対する優位性
65nm プロセス技術を使ったデバイスの利点
より高速な動作周波数
65nm プロセス技術を使ったデバイスは、550MHz までの動作
周波数および 80Gbps1 までの合計データレートで動作するこ
とが可能です。これにより、450MHz までの最大周波数で動作
できる 90nm QDR ファミリのデバイスに比べて帯域幅を 25
パーセントまで大幅に改善できます。動作周波数の向上は、ア
プリケーション ネットワークにおける高帯域幅の要求を満たし
ます。
低消費電力
65nm QDR デバイスの消費電力は、同等の 90nm QDR デ
バイスより低いです。最悪の場合でさえ電力は 30%節約でき
ます。
データ有効ウィンドウの改善
65nm QDR デバイスの出力用のデータ有効ウィンドウは
90nm QDR デバイスより約 21%広いです。この改善は、
90nm デバイスの遅延ロックループ (DLL) の代わりに低ジッタ
クロックを生成する位相ロックループ (PLL) を使用して達成さ
れます。PLL は、入力ジッタをフィルタ処理し、入力のデューティ
サイクル歪を補正します。改良されたデータ有効ウィンドウは、
65nm プロセス技術を使ったデバイスがより良いタイミング マ
ージンを実現するのに役立っています。
図 1 では、500MHzでの 90nm QDRII+と 65nm QDRII+ デ
バイス間のデータ有効ウィンドウの比較をしています。この図
が示しているように、65nm QDRII+デバイスのデータ有効ウィ
ンドウの大幅な改善 (~21%) が見られます。
図 1. データ有効ウィンドウの比較 (実験室で採ったデータ)
信号品質 (シグナル インテグリティ) の改善
低入出力容量
65nm QDRII+、DDRII+ デバイスは、データ入力、バイト書き
込み信号、および入力クロック (K/Kb) などの入力用のオンダ
イ終端を持っています。90nm プロセス技術を使った QDRII+、
DDRII+デバイスはこの機能がありません。オンダイ終端は、
外部終端抵抗のニーズを排除するため信号の堅固性を向上
させます。それによって、基板の配線が簡易化され、費用、基
板面積、そして外部抵抗が消費する電力を減少させます。オ
ンダイタ終端に関する詳細情報は、アプリケーション ノート
「AN42468、On-Die Termination for QDRII+/DDRII+
SRAMs」を参照してください。
前身である 90nm プロセス技術を使ったデバイスと比べて
65nm QDR ファミリの SRAM は、約 50%低い入出力容量を
持っています。これにより、反射減衰量が少なくなって、入力に
おける反射と不連続も少なくなります。容量が低ければ低いほ
ど入力での AC 消費電力は低くなります。
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文書番号: 001-92735 Rev. *A
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65nm プロセス技術を使った QDR ファミリ SRAM の 90nm 製品に対する優位性
低消費電力および接合部の温度
消費電力 (Pd)
以下の式に基づいて消費電力を計算します:
Pd = コア消費電力 + I/O 切り替え消費電力
Pd = VDD IDD + α f CL VDDQ2 N
ここで:
VDD = コア電圧
IDD = 有効電流
α = 動作係数、つまり出力が切り替わる周波数とクロック周波数の比率
f = 動作周波数
CL = 外部負荷容量
VDDQ = I/O 電圧
N = スイッチングする I/O の数
表 2 に、65nm デバイスは 90nm デバイスより電力定格が優れていることを示します。
表 2. 65nm と 90nm QDR-II+デバイスの消費電力の比較
65nm QDR-II+ SRAM (18Mb)
90nm QDR-II+ SRAM (18Mb)
CY7C1165KV18-400BZC
CY7C1165V18-400BZC
VDD = 1.8V
VDD = 1.8V
IDD = 850mA
IDD = 1080mA
α=1
α=1
f = 400MHz
f = 400MHz
CL = 5pF
CL = 5pF
VDDQ = 1.5V
VDDQ = 1.5V
N = 36
N = 36
よって:
よって:
2
2
Pd = VDD IDD + α f CL VDDQ N
Pd = VDD IDD + α f CL VDDQ N
2
2
Pd = 1.8V x 850mA + 1 x 400MHz x 5pF x (1.5V) x 36
Pd = 1.8V x 1080mA + 1 x 400MHz x 5pF x (1.5 V ) x 36
総消費電力 = 1692mW
総消費電力 = 2106mW
接合部温度 (TJ)
以下の式を使って接合部の温度を計算します。
TJ = Pd θJA + TA
ここで:
θJA = 接合部から周囲の熱抵抗
TA = 周囲温度
Pd = 消費電力
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文書番号: 001-92735 Rev. *A
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65nm プロセス技術を使った QDR ファミリ SRAM の 90nm 製品に対する優位性
表 3 に、65nm デバイスは 90nm デバイスより接合部温度の定格が低いことを示します。
表 3. 65nm と 90nm QDR-II+デバイスの接合部温度 (TJ ) の比較
65nm QDR-II+ SRAM (18Mb)
90nm QDR-II+ SRAM (18Mb)
CY7C1165KV18-400BZC (165 BGA)
CY7C1165V18-400BZC (165 BGA)
θJA = 18.96°C/W
θJA = 17.2°C/W
TA = 60°C
TA = 60°C
Pd = 1692mW
Pd = 2106mW
よって:
よって:
TJ = Pd θJA + TA
TJ = Pd θJA + TA
TJ = (1692m x 18.96) + 60
TJ = (2106m x 17.2) + 60
接合部温度 = 92.08°C
接合部温度 = 96.22°C
まとめ
65nm プロセス技術を使った QDR ファミリのデバイスでは、既存の基板の少しの変更で、より高い性能と高い帯域幅を実現することが
できます。90nm プロセス技術を使ったデバイスに比べて、65nm プロセス技術を使ったデバイスはオンダイ終端を備えたデバイスがつ
いているため、消費電力や入出力容量がより低く、データ有効ウィンドウと信号品質 (シグナル インテグリティ) が改善されています。
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文書番号: 001-92735 Rev. *A
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65nm プロセス技術を使った QDR ファミリ SRAM の 90nm 製品に対する優位性
改訂履歴
文書名: AN58815 – 65nm プロセス技術を使った QDR®ファミリ SRAM の 90nm 製品に対する優位性
文書番号: 001-92735
版
ECN 番号
変更者
発行日
**
4395709
HZEN
06/12/2014
これは英語版 001-58815 Rev. *D を翻訳した日本語版 92735 Rev. **です。
*A
4722966
HZEN
04/25/2015
これは英語版 001-58815 Rev. *E を翻訳した日本語版 92735 Rev. *A です。
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変更内容
文書番号: 001-92735 Rev. *A
6
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65nm プロセス技術を使った QDR ファミリ SRAM の 90nm 製品に対する優位性
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