Rambus模块的设计与制造

2000年05月11日

面临的困难
多媒体模块
Intel Audio'98指南
设计问题
定制与通用
制造问题
理想解决方法

在多媒体PC环境下,用户的要求都非常苛刻,首当其冲的是要有更大的存储器容量、更宽的存储器带宽、更小的外形以及易于进行扩展。800MHz Rambus存储器接口可以很好地解决这些问题,但却需要更为复杂的制造技术。不过,只要OEM厂家遵守一些基本的设计准则并在自动化设备方面进行投资,他们就能够制造出大部分Rambus存储器。

面临的困难

Rambus存储器本身所具有的优点也带来最大的难题,即800MHz Rambus存储器技术的工作时钟频率为400MHz,数据传输率达800MHz。这可以满足大多数的多媒体应用数据流通量设计要求,但也需要单独的设计规则和制造技术。

Rambus模块的设计者和制造者们面临一系列问题:

在RIMM、SO-RIMM和定制模块设计中进行选择
在RDRAM器件中采用芯片尺寸封装(CSP)
在对中或边缘连接RDRAM封装中进行选择
在模块设计中控制特征阻抗
运送CSP存储器件时不造成损坏
在模块上安装热保护
有缺陷模块的返修
模块和附带存储器的可靠性测试

这些问题每一个的解决都需要在具体的制造技术上作仔细考虑。比如,要决定模块的设计,客户必须考虑各种因素。现在,Rambus中已有了RIMM参考设计,SO-RIMM设计也很快就会有；另外,还可从多种途径得到可互换模块,使OEM厂家不必再在制造及测试设备上投资。另一方面,定制的Rambus模块有利于多媒体应用,因为这些模块一般只占用较小的空间,可以为低档配置节省成本。

多媒体模块

在多媒体应用中,电脑化的音频、图形和视频信号一起工作,产生一种合成的声像效果,Rambus存储器结构的第一个设计就是用于3D图形和媒体处理器的多媒体控制器。如今,又有多个运用800MHz Rambus存储器的控制器正在设计之中。

800MHz Rambus会由于许多对过去产生影响的相同原因而占居主导地位,这种模块具有更高的存储器带宽,易于升级,设计紧凑并缩短了面市的时间。该模块提供较高的存储器带宽,以1.6GBps为增量,可用于图形引擎、DSP、媒体处理器及其他控制器(表1)。数据包协议可以支持四种同步总线主数据信号发生源(即LAN、DVD驱动器、CPU或多媒体控制器)。这种带宽还使得在低端具有统一的存储器结构,使多媒体系统和CPU共用同一存储器。

表1:800MHz Rambus的高存储器带宽使之从其他主流存储器结构中脱颖而出。

Rambus存储器还易于在基本配置上进行扩展,标准规定可在一个单独通路上支持三个模块。而且它还具有模块粒度的特性(与128位SDRAM双模块相比)。

这种模块采用16位或18位数据总线,在多媒体设计中比其它存储器占据的空间要少,比如SDRAM或DDR都需要64位或更多。与支持64位SDRAM输出所需的路径相比,Rambus存储器多媒体线路板采用的路径更短。

最后,通过提供一套定义完整的模块设计规则、标准的ASIC构造块、以及PCB上较短的引脚而使规则认定简单,Rambus存储器可以帮助OEM厂家将他们的系统快速推向市场。

Intel Audio'98指南

Intel对PC的观点表明音响正慢慢变为PC的核心功能,在这种情况下,分立的多媒体设计将更多专注于图形、图像及多功能解决方案。实际上所有计算机图形设计都包括3D功能。一份1997年的业界报告估计3D性能每年增长400%,表2显示了传统的3D再现引擎所需的3D带宽已经达到或超过了大多数存储结构能提供的能力。随着3D性能的预期增长以及在多媒体设计中融入其他功能,Rambus结构本身即可通过增加额外通路提供可量测性。

当然,另一种选择是将存储器嵌入多媒体控制器内,然而嵌入式存储器由于裸片的尺寸限制,通常限制在4MB以下,而同时在许多的多媒体系统中3D图形需要16MB以上存储器。另外,这些系统通常需要多种RAM配置以提供更高的分辨率和更快的性能选项,同时扩展性能可随用户的需要而增加。

设计问题

Rambus存储器接口为模块设计提供了严格的电气性能限制,包括16位数据通路/通道、阻抗控制、以及在一个Rambus通道上最多只能有32个Rambus RDRAM器件。定制控制器仍必须符合大多数Rambus设计指标,以便在多媒体控制器中可靠地使用标准Rambus协议引擎和Rambus ASIC单元,以及在模块中采用RDRAM元件。

定制与通用

对模块所支持存贮器容量的选择,是决定采用标准还是定制模块的关键。如果存储器容量达到32MB或更多,那么支持足够RDRAM元件所需的物理尺寸和要求阻抗都会和标准SO-RIMM的一样。多媒体应用通常长时间需要用大容量,这就要一种存储器容量可以不断增加的模块结构。

还必须考虑存储器模块的物理尺寸及所需费用、各种模块每个所节省的成本、设计制造及支持一种定制Rambus模块的固定费用以及模块的预计发货数量是否会超过盈亏平衡点(可以用固定费用除每单元节省的各种费用计算得出)。

如果一个用户有足够的发货数量来支持一种定制模块,就会产生很多其他决定。一些基本的考虑包括模块上存储器的数量、物理尺寸、与多媒体控制器的连接器、特征阻抗以及层数。大多数估算会发现设计和制造的固定费用会多过定制模块可能的节省。

模块的连接器必须和多媒体控制器上的连接器相匹配,连接器的选择决定了模块的物理尺寸。而800MHz Rambus模块连接器严格的频率和阻抗要求通常又限制了选用的范围。

如果没有牺牲电气性能或增加层数,较小一点的模块成本会比较低。定制的模块必须比SO-RIMM小很多而且支持更少的器件。

到写这篇文章时候为止,Rambus Inc初步的数据资料表明RIMM尺寸为133.35mm×30.73mm×1.27mm,目前先进的数据资料表明SO-RIMM外形为67.60mm×26.65mm×1mm。虽然这可能会改变,但预计SO-RIMM会是RIMM尺寸的一半。

目前关于SO-RIMM的文献还指出可以有一种标准设计来支持16MB存储器128位RDRAM器件。当前的RIMM设计最小容量为32MB,意味着很高的成本。定制模块设计应该能支持单64位RDRAM器件而且具有低至8MB的支持能力。

标准RIMM的特征阻抗为28Ω,对于典型的同一线长要求线宽为0.33mm。定制模块设计可采用大于28Ω特征阻抗,比如42Ω环境允许线宽为0.19mm,使更小更便宜的PCB成为可能。放松的特征阻抗标准必须在整个系统环境下作仔细分析以确保运行正常。

采用BGA封装的RDRAM器件给定制模块增加了外形上的难度,为运用CSP器件必须要仔细综合成品制造率的各种经验细节,还必须考虑设计是支持哪一个CSP。对于居中或边缘连接的RDRAM封装,分开设计是必要的。支持哪一个CSP的决定必须同时和采购部门对RDRAM供应商的选择同时作出,在采用标准RIMM或SO-RIMM时也必须作同样的决定。

制造问题

表2:Rambus模块制造中的常见问题:

表2列出了Rambus模块装配、检查及测试所需的不同步骤,以及一些常见问题和建议的解决方法。制造步骤通常可以分为三个阶段:采购、SMT/检查及“后工序”制作。采购通常都是不稳定的,为得到更复杂的PCB及CSP RDRAM元件需要认定新供应商。大多数SMT和检查的问题都与所采用的CSP的封装有关,这些问题可以从多个供应商那里得到很多种解决方法。唯一的问题是Rambus模块的复杂性对PCB产量的影响。一些大的制造商,通过采购单片形状的PCB,避免因废弃“X超出”小片所造成的成本影响,来解决这一问题。PCB然后一起放入一个框架内作为一组,避免单独每块板的寻找时间,提高SMT生产线的产量,不需要一组都必须全部完好。

在制造Rambus模块中,后工序制造步骤会引起许多新的问题。一些比较特别的包括: