OpenDRAM：一种用于DDR4 DRAM的模块化、高性能软内存控制器

《ACM Transactions on Reconfigurable Technology and Systems》：OpenDRAM: A Modular, High-performance Soft Memory Controller for DDR4 DRAM

提出OpenDRAM，FPGA上高性能可综合的DDR4软内存控制器，采用并行调度机制，集成AMD MIG模块，性能提升显著，并开源供研究。

　　

摘要

我们提出了OpenDRAM，这是一种专为FPGA设计的高性能、可综合的DDR4 DRAM软内存控制器（MC）。由于DRAM的运行频率通常高于内存控制器（通常为$4\times$），为了充分利用DRAM的带宽，硬化的DDR4物理接口要求控制器在单个时钟周期内发送四条DRAM命令。OpenDRAM是一款模块化、可扩展的内存控制器，实现了高性能的银行并行调度器。我们详细介绍了OpenDRAM逻辑模块的设计及其与AMD现有的内存接口生成器（MIG）模块的集成，用于初始化、维护和接口连接。该集成项目已在AMD Virtex UltraScale+ FPGA上进行了全面验证。我们使用合成内核和加速器内核对OpenDRAM的性能进行了评估，并与AMD的MIG控制器以及另一个开源控制器OPRECOMP进行了比较。结果表明，OpenDRAM在性能上超过了这两种产品，相较于AMD的MIG提升了高达157%，相较于OPRECOMP提升了267%，这主要归功于其重新排序和调度机制。为了展示其研究应用案例，我们实现了五种不同的命令调度器，探讨了调度激进性与最高频率之间的权衡，并展示了如何通过FPGA感知设计来优化时序收敛。最后，我们发布了OpenDRAM，作为首个高性能、可扩展的开源内存控制器，供研究人员使用、扩展和进一步开发。