干货分享 | 更高、更快伴生更强要求，迎接DDR5内存验证和调试挑战
作者：泰克科技
世界正在经历一个前所未有的时代，数据呈爆发增长之势，随着新技术在更广泛的范围内实现，这一趋势预计将进一步加快。典型的实例包括：5g形式的下一代无线通信，领域不断扩展的人工智能和机器学习、物联网（iot）、加密货币、虚拟现实，甚至汽车等诸多领域。在整个2021年，预计生成的数据达到了44万亿gb （440万亿亿字节），估计地球上每人每秒生成了1.7mb数据。这么庞大的数据量都需要比以往更快的速度进行存储、访问和分析，这就要求系统拥有更高的带宽，更高的存储密度，更高的整体性能。
更快的内存给ddr5测试带来新的挑战
为应对生成的数据量越来越高，必需提高内存性能，来存储、传送和处理所有这些信息。这个流程的主要瓶颈是内存能够访问和传送数据的速度。内存访问时间较慢，会导致整体系统性能拖后腿，而且数据吞吐量本身也受限于内存的传送速率。在历史上，高性能、快速访问内存的主导形式一直是双数据速率同步动态随机访问内存（ddr sdram）。ddr sdram是上个世纪90年代作为标准推出的，问世后得到极快速发展，2014年推出了第四代标准——ddr4。ddr4是一种内存接口，初期的数据传送速率为1600 mt/s，随着标准走向成熟，最后达到了3200 mt/s。这在电脑处理器只有8核时足够了，但当今28-64核多核处理器的问世（未来可望达到80 – 96核），则很明确，我们需要的内存性能已经超出了ddr4的能力范围。
为了帮助满足这一需求，业内正从ddr4迁移到下一代ddr内存标准——ddr5。ddr5将接替上一代标准，成为占主导地位的快速增长的标准。ddr5将在ddr4基础上，在初期提供3，200 mt/s的传送速率，最高可达6，400 mt/s，预计未来将扩展到高达8，400 mt/s。
ddr5带来了一系列全新的挑战，在实现和检验时必须克服这些挑战。更高的数据速率会扩大要求的测试设备带宽，要求新的流程来测量之前的方法测量不了的抖动，要求接收机均衡形式的全新ddr单元，甚至要引入新的采用夹具的标准化测试，这些都是ddr5验证面临的重大挑战。
解决方案：泰克示波器和tekexpress ddr tx软件
ddr5改进了性能，意味着要求更高性能的设备，来分析和测试ddr5赋能的器件。为满足这一性能需求，泰克开发了一种深入的解决方案，利用高带宽示波器和探头硬件，如dpo71604sx和p7716，同时采用全新的软件自动化平台。
图1. ddr5测试解决方案中使用的泰克工具。
泰克tekexpress ddr发射机（tx）软件是一种专门设计的自动测试应用，可以根据jedec （联合电子器件工程委员会）规范中规定的参数验证和调试ddr5器件。泰克选项ddr5sys （tekexpress ddr tx）包括以下全部测试覆盖范围和多种调试工具：
dram元件 数据缓冲器/rcd元件 系统电路板 嵌入式系统 服务器和客户端/桌面 tekexpress ddr tx支持根据ddr5 jedec规范测量50多种ddr5电气和定时参数。它内置多种强大的工具，协助进行表征和调试，如多选通功能、ddr5 dfe分析软件及用户可以全面控制测试条件的用户自定义采集模式。
泰克tekexpress ddr tx解决方案拥有多种独特的创新功能，减少了测试中花费的工作量，加快了ddr系统和器件测试流程。tekexpress ddr tx提供了一个简单的分步操作的简便易用的界面，加快了测试过程。
测试和内存电路中采用的步骤
客户可以使用以下步骤，检验产品是否满足ddr5规范：
1. 把一只高阻抗泰克探头焊接到要测试的ddr子系统上，允许访问关心的电信号。
2. 泰克tekexpress ddr tx软件分析探测到的信号，与ddr5规范进行对比。可以使用示波器上运行的其他软件，执行各种测试，如绘制眼图，测量相关电气参数。
图2是使用探头接入器件，执行系统级tx测试的一个实例。在这个实例中，片上系统（soc）与被测器件（dram/rcd/ db）通信，通过ddr总线传送双向业务。用户使用焊接在dram下面的内插器接入接口，使用高阻抗探头放大器探测接口。tekexpress ddr tx软件为测量各种参数提供了必要的工具，如时钟抖动、读/写定时、甚至眼图。
图2. 系统级tx测试。
3. 测试结束时，会生成一份测试通过/未通过报告，提供与被测器件、物理设置、被测参数与jedec规范对比等详细信息。
4. 如果某项指标未通过测试，或发生非预期的结果，可以进一步使用tekexpress ddr软件解决方案调试结果。
使用泰克sdla64进行dfe接收机均衡和信号反嵌
信号传送速度不断提高和外形体积不断缩小，给下一代多千兆位设计和测试方法带来了多个挑战。外形越小，信号接入越难，得到的探测点会不理想，进而导致采集信号损耗和反射，因为理想的测量位置不存在阻抗断点。
ddr5的出现，使得ddr测试和调试以前采用的工具变得不够了。设计采用更高的数据速率，负载要求更加严格，顺利访问信号不能说不可能，但肯定会变得异常困难。解决这些问题的有效方法之一，是采用泰克串行数据链路分析（sdla）软件包。通过sdla功能，用户可以通过反嵌流程，消除测试设置（探头、内插器、电缆）的负载影响。不管是反射、插损、交叉耦合还是其他损伤，sdla都提供了强大的功能，可以有效分析信号，就像这些效应不存在一样。这可以大大提高获得的测量的有效性和准确性，甚至会直接决定器件能否通过测试。
泰克dfe分析软件
ddr中第一次以4阶dfe （判定反馈均衡）的形式引入接收机均衡。在访问和分析ddr5信号时，这带来了额外的挑战。例如，即使在反嵌后，生成的眼图可能仍会闭上（图3）。为了让眼图进一步张开，必需实现dfe均衡。
泰克开发了各种工具，帮助解决dfe在测试过程中引入的问题。可以使用sdla，分析来自器件的连续数据流，从而训练dfe增益和阶值。然后可以使用dfe特点，输入tekexpress ddr tx自动化软件，在突发信号上生成应用dfe之后的眼图。另外还可以使用独立式dfe应用（tekexpress ddr tx标配），在自动化框架以外应用dfe均衡后，用户可以手动生成和查看ddr信号。
图3. 使眼图中的眼睛张开的实例。
抖动噪底校准
ddr5对clk、dqs和dq提出了新的rj/dj抖动测量要求。此外，rj指标大约在0.5ps （非常严格）。泰克开发了一种新的抖动噪底噪声校准技术，可以在泰克示波器上直接使用这种技术。该工具提供了一个选项，可以在噪声校准过程中包括探头、探头尖端和反嵌过滤器文件，考虑额外生成或放大的噪声。该工具全面集成示波器分析软件（dpojet），从测量结果中消除示波器的噪声抖动。
总结
随着业界转向ddr5开发、测试和生产，要求新的硬件和软件工具，来解决ddr5测试带来的最新挑战。泰克开发了一系列高带宽示波器和探头，从ddr5器件中采集信号，同时为验证开发了强大的软件工具。访问tek.com进一步了解我们的解决方案，观看与ddr5和泰克解决方案有关的视频演示或网上研讨会。
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为应对生成的数据量越来越高，必需提高内存性能，来存储、传送和处理所有这些信息。这个流程的主要瓶颈是内存能够访问和传送数据的速度。内存访问时间较慢，会导致整体系统性能拖后腿，而且数据吞吐量本身也受限于内存的传送速率。在历史上，高性能、快速访问内存的主导形式一直是双数据速率同步动态随机访问内存（ddr sdram）。ddr sdram是上个世纪90年代作为标准推出的，问世后得到极快速发展，2014年推出了第四代标准——ddr4。ddr4是一种内存接口，初期的数据传送速率为1600 mt/s，随着标准走向成熟，最后达到了3200 mt/s。这在电脑处理器只有8核时足够了，但当今28-64核多核处理器的问世（未来可望达到80 – 96核），则很明确，我们需要的内存性能已经超出了ddr4的能力范围。
为了帮助满足这一需求，业内正从ddr4迁移到下一代ddr内存标准——ddr5。ddr5将接替上一代标准，成为占主导地位的快速增长的标准。ddr5将在ddr4基础上，在初期提供3，200 mt/s的传送速率，最高可达6，400 mt/s，预计未来将扩展到高达8，400 mt/s。
ddr5带来了一系列全新的挑战，在实现和检验时必须克服这些挑战。更高的数据速率会扩大要求的测试设备带宽，要求新的流程来测量之前的方法测量不了的抖动，要求接收机均衡形式的全新ddr单元，甚至要引入新的采用夹具的标准化测试，这些都是ddr5验证面临的重大挑战。
解决方案：泰克示波器和tekexpress ddr tx软件
ddr5改进了性能，意味着要求更高性能的设备，来分析和测试ddr5赋能的器件。为满足这一性能需求，泰克开发了一种深入的解决方案，利用高带宽示波器和探头硬件，如dpo71604sx和p7716，同时采用全新的软件自动化平台。
图1. ddr5测试解决方案中使用的泰克工具。
泰克tekexpress ddr发射机（tx）软件是一种专门设计的自动测试应用，可以根据jedec （联合电子器件工程委员会）规范中规定的参数验证和调试ddr5器件。泰克选项ddr5sys （tekexpress ddr tx）包括以下全部测试覆盖范围和多种调试工具：
dram元件 数据缓冲器/rcd元件 系统电路板 嵌入式系统 服务器和客户端/桌面 tekexpress ddr tx支持根据ddr5 jedec规范测量50多种ddr5电气和定时参数。它内置多种强大的工具，协助进行表征和调试，如多选通功能、ddr5 dfe分析软件及用户可以全面控制测试条件的用户自定义采集模式。
泰克tekexpress ddr tx解决方案拥有多种独特的创新功能，减少了测试中花费的工作量，加快了ddr系统和器件测试流程。tekexpress ddr tx提供了一个简单的分步操作的简便易用的界面，加快了测试过程。
测试和内存电路中采用的步骤
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1. 把一只高阻抗泰克探头焊接到要测试的ddr子系统上，允许访问关心的电信号。
2. 泰克tekexpress ddr tx软件分析探测到的信号，与ddr5规范进行对比。可以使用示波器上运行的其他软件，执行各种测试，如绘制眼图，测量相关电气参数。
图2是使用探头接入器件，执行系统级tx测试的一个实例。在这个实例中，片上系统（soc）与被测器件（dram/rcd/ db）通信，通过ddr总线传送双向业务。用户使用焊接在dram下面的内插器接入接口，使用高阻抗探头放大器探测接口。tekexpress ddr tx软件为测量各种参数提供了必要的工具，如时钟抖动、读/写定时、甚至眼图。
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3. 测试结束时，会生成一份测试通过/未通过报告，提供与被测器件、物理设置、被测参数与jedec规范对比等详细信息。
4. 如果某项指标未通过测试，或发生非预期的结果，可以进一步使用tekexpress ddr软件解决方案调试结果。
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泰克dfe分析软件
ddr中第一次以4阶dfe （判定反馈均衡）的形式引入接收机均衡。在访问和分析ddr5信号时，这带来了额外的挑战。例如，即使在反嵌后，生成的眼图可能仍会闭上（图3）。为了让眼图进一步张开，必需实现dfe均衡。
泰克开发了各种工具，帮助解决dfe在测试过程中引入的问题。可以使用sdla，分析来自器件的连续数据流，从而训练dfe增益和阶值。然后可以使用dfe特点，输入tekexpress ddr tx自动化软件，在突发信号上生成应用dfe之后的眼图。另外还可以使用独立式dfe应用（tekexpress ddr tx标配），在自动化框架以外应用dfe均衡后，用户可以手动生成和查看ddr信号。
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总结
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