Quad Data Rate
Verfahren zum Betrieb eines Computerbusses, bei dem Daten an der steigenden und fallenden Flanke des Taktsignals sowie an zwei dazwischenliegenden Punkten übertragen werden, die durch einen zweiten, um 90° phasenverschobenen Takt definiert werden
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Quad Data Rate (QDR, auch „Quad Pumping“ genannt)[1] ist ein Übertragungsverfahren, bei dem Daten an vier Punkten im Taktzyklus übertragen werden: an den steigenden und fallenden Flanken sowie an zwei dazwischenliegenden Punkten. Die dazwischenliegenden Punkte werden durch einen zweiten Takt definiert, der gegenüber dem ersten um 90° phasenverschoben ist.[2][3] Dadurch werden pro Signalleitung und Taktzyklus vier Datenbits übertragen, während Double-Data-Rate-Systeme (DDR) nur zwei Datenbits pro Signalleitung und Taktzyklus ermöglichen.[4]
Intel setzte die Quad-Data-Rate-Technologie beim Pentium-4 mit Willamette-Kern ein.[3][5] Später kam sie auch bei Modellen der Prozessorserien Atom[6], Celeron, Pentium D und Core 2 zum Einsatz.[7][3] Damit wurden auf dem Front-Side-Bus Datenraten zwischen 400 MT/s und 1600 MT/s erreicht, während die tatsächliche Taktfrequenz zwischen 100 MHz und 400 MHz lag.[7][8]
Hintergrund
Im Single-Data-Rate-System (SDR) werden Daten einmal pro Taktzyklus übertragen, während im DDR-System die steigende und fallende Taktflanke genutzt wird, um zwei Datenübertragungen pro Taktzyklus zu ermöglichen. Dadurch lässt sich bei bleibender Taktfrequenz die Datenrate erhöhen.[9] Anders als beim Übergang von SDR zu DDR lässt sich die Datenrate nicht einfach durch eine weitere Vervielfachung der Übertragungspunkte pro Taktzyklus steigern. Eine naive Implementierung von QDR würde jedoch dazu führen, dass die Datenrate die Taktrate übersteigt und dadurch der elektrische Vorteil gegenüber SDR und DDR verloren ginge.[1]
Die Vorteile von QDR kommen beim Umgang mit Buskonflikten zum Tragen. In modernen Computer können mehrere CPUs und mehrere E/A-Geräte vorhanden sein, die alle um den Speicherzugriff konkurrieren. Um diese Konflikte zu bewältigen, zielen moderne Systeme darauf ab, dass sich Signale innerhalb eines Taktzyklus zwischen allen angeschlossenen Komponenten ausbreiten können, während gleichzeitig eine feste Obergrenze für die maximale Taktrate festgelegt wird. Bei einer einfachen Übertragung ist es nicht mehr unbedingt erforderlich, dass sich Signale vollständig innerhalb eines Zyklus ausbreiten. Sie müssen lediglich kohärent ankommen, koordiniert durch ein spezielles Signal namens „Strobe“.[10] Diese geringere Anforderung an die Signalintegrität ermöglicht, dass die QDR-Datenübertragung mit der doppelten Taktrate erfolgt – im Gegensatz zu DDR, wo die Taktrate gleich bleibt.[1]