一、什么是DDR系统
DDR是一种计算机内存规格，是DDR SDRAM（Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory：双倍速率同步动态随机存储器）的简称，多应用在对带宽和存储容量需求较大的系统中，目前已经发展到第五代DDR5和LPDDR5。
应用DDR颗粒的系统如图一所示，包括MC(DRAM 控制器)，PHY（DRAM物理层）和DDR颗粒。MC一边连接各路需要使用DDR颗粒的agent，一边解析DDR协议并通过PHY访问颗粒。PHY的部分主要包括soft PHY和macro，将需要访问的数据高速传到颗粒。DDR 系统的主要目的之一是提供大的访问带宽，随着数据中心和AI 等场景的应用，对DRAM 提供的带宽需求也越来越高，最新一代DRAM 存储产品DDR5/LPDDR5的逐步量产，给这些应用场景的普及起到很好的支持。相对于上一代DRAM产品，可提供的带宽增加了很多。但需求端的有效带宽增加，不仅仅靠DRAM带宽的增加，整个系统的访问效也和MC、PHY、颗粒等三部分都相关，颗粒效率对于DDR系统来说一旦选定就不会改变，PHY效率主要是延迟的影响，相对单一。MC 的影响因素较多比较复杂，接下来将重点介绍如何训练MC效率。
图一 DDR 系统框图
二、MC的控制效率
如图二DDR应用系统所示，MC会连接数目不等的agent，不同的应用系统会有相应的agent数目。每个agent的行为和带宽需求大小以及需求时间各有差异。如何使得各个agent端得到的带宽满足需求是需要平衡DRAM接口带宽和MC控制效率的。
图二 DDR应用系统
影响MC控制效率的因素包括对各个agent的仲裁、整条访问DRAM路径的延时以及应用场景等。仲裁的效率会受到agent端口数目、MC存储指令的数目以及仲裁机制等多种因素的影响。延时的影响也包括MC频率、传输管线数目以及交流时序参数设置等多种因素。另外不同应用场景所提供的不同agent访问数据的突发长度差异、地址差异、数据量的大小对MC的控制效率都有很大影响。在设计过程中，仲裁的算法选择以及一些服务质量（QoS）和带宽限制的方法对DDR系统带宽平衡也有重要作用。由于可调因素比较多，如何有效的评估DDR系统的带宽效率，将是打造高效DDR系统的必要部分。
三、ESL(Electronic System Level) 系统
下面介绍的ESL(Electronic System Level)系统将会有效的评估系统的效率和带宽。图三为ESL的平台架构，在上图二的基础上加上对应的仿真Pattern和Monitor。图中功能块可以是RTL级或System C级，后者的仿真速度会更快一些。
图三 ESL系统图
ESL仿真平台因为可以使用System C搭建，所以在项目启动早期RTL没有准备好的时候就可以进行。仿真的结果可以提供给系统频率选择做参考，使得系统可以在满足带宽的情况下得到较好的功耗。ESL平台的搭建首先需要准备好各个块的行为级模型或RTL代码，平台支持混合级仿真。其次规划系统运行的场景，整理出对应场景下需要访问DRAM的agent，以及每个agent需要耗费的带宽。 带宽不仅包括agent耗费的总体带宽，也包括更具体的读写和page hit/miss带宽。第三，在平台相应的地方插入相关的monitor，对仿真的行为进行实时输出。不同位置，monitor的输出信息也会不一样。Agent端monitor输出的信息主要有agent单笔突发长、总共的访问数据带宽以及访问地址信息等；DRAM颗粒端monitor会输出系统整体的带宽和效率等。最后根据输出结果调整仲裁机制，以达到场景要求的最佳化。ESL平台对各个场景具有很好的适应性，对于不同的场景，配置不同的agent带宽以及相应读写和page hit/miss数据的比例就可以得出相应场景的结果。
如果ESL的结果不满足某些agent带宽的需求，需要对平台进行调试，调试的范围包括两部分。一是对MC相关的仲裁机制、Qos机制和带宽限制机制等进行调节。比如对一些短时间内带宽使用过多，但又没有那么实时的agent端口，可以使用带宽限制机制，使其带宽可以在较长的一段时间内平稳的得到满足。对于一些长时间得不到带宽满足的agent，可以设定一些界限，在某个时候提高优先级，以满足带宽需求。其次可以观察各个agent的发送行为，对于一些有明显缺陷的agent，需要去改善发送行为，比如发送带宽量大，但每次发送的突发长度很短，这样需要改善突发长度以提高单次效率。总之ESL的结果的调试需要查看详细的输出记录，找出可能改善的地方进行调试。
四、结论
奎芯科技（M SQUARE）顶尖优秀团队拥有丰富的经验与创新技术，运用ESL平台打造高效的DDR开发调试和应用，跨越各阶段的障碍，加速开发流程。对DVFS（Dynamic Voltage and Frequency Scaling）的应用满足功耗优化的性能要求。奎芯科技协力提供完善的IP集成服务，快速设计出可满足下游模块产业链和系统公司所需，争取优化的产品制成，协助推展技术创新。