RAM带宽计算及分析
RAM(随机存取存储器)的出口带宽(Output Bandwidth)是指单位时间内从RAM接口可读出的最大数据量,其核心计算公式为:
出口带宽(GB/s) = 接口位宽(位) × 有效时钟频率(GHz) × 传输效率因子
或等价形式:
带宽 =(位宽 × 频率 × 效率)/ 8 × 10⁹(单位:GB/s)
一、核心参数详解
1. 接口位宽(Data Bus Width)
指RAM芯片与外部(如CPU/FPGA)连接的数据线数量(单位:位)
常见值:
DDR4 SDRAM:64位
LPDDR5:32/64位
FPGA片上BRAM:通常为16/32/64位(可配置)
2. 有效时钟频率(Effective Clock Frequency)
DDR型RAM(双倍数据速率):
实际传输速率 = 物理时钟频率 × 2
(例:DDR4-3200的物理时钟为1600MHz,有效频率为3200MT/s)
SDR型RAM(单倍数据速率):
实际传输速率 = 物理时钟频率
3. 传输效率因子(Efficiency Factor)
实际带宽受多种因素影响,需乘以效率系数(通常 0.6~0.95):
协议开销:命令/地址占用总线时间
刷新开销:DRAM需周期性刷新(约损失5~10%带宽)
Bank冲突:访问同一Bank需预充电等待
突发长度(Burst Length):连续传输数据块的大小(BL=8为典型值)
二、不同RAM类型计算示例
案例1:DDR4-3200 内存条(标准台式机)
位宽:64位
物理时钟:1600 MHz
有效频率:3200 MT/s(因DDR双沿触发)
效率因子:取0.85(含刷新和协议开销)
计算:
带宽 = 64位 × 3200 × 10⁶ × 0.85 / (8 × 10⁹) = 64 × 3.2 × 0.85 / 8≈ 21.76 GB/s
案例2:FPGA片上BRAM(Xilinx UltraRAM)
位宽:72位(64位数据+8位ECC)
时钟频率:500 MHz(SDR单沿传输)
效率因子:1.0(无刷新开销,随机访问延迟可隐藏)
计算:
带宽 = 72位 × 500 × 10⁶ / (8 × 10⁹)= 72 × 0.5 / 8= 4.5 GB/s
案例3:LPDDR5-6400(移动设备)
位宽:32位(单通道)
有效频率:6400 MT/s(DDR双沿 + 预取技术)
效率因子:0.75(多Bank切换优化)
计算:
带宽 = 32位 × 6400 × 10⁶ × 0.75 / (8 × 10⁹)= 32 × 6.4 × 0.75 / 8= 19.2 GB/s