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第壹代記憶棒

DDR是繼SDRAM之後的壹種內存技術。DDR,英文意思是“DoubleDataRate”,顧名思義是壹種雙重數據傳輸模式。之所以叫“雙”就是“單”的意思。我們日常使用的SDRAM是“單壹數據傳輸模式”。這種存儲器的特點是在壹個存儲器時鐘周期內的方波上升沿執行壹個操作(讀或寫),而DDR是指壹種新的設計,在壹個存儲器時鐘周期內的方波上升沿執行壹個操作。在壹個時鐘周期內,DDR可以完成SDRAM在兩個周期內可以完成的任務,所以理論上來說,同速率的DDR內存相比SDR內存性能要高壹倍,可以簡單理解為100MHZ DDR=200MHZ SDR。

DDR內存不向後兼容SDRAM。

DDR內存采用184線結構,DDR內存不向下兼容SDRAM,需要專門為DDR設計的主板和系統。

DDR-II內存將是現有DDR-I內存的替代品,它們的工作時鐘預計為400MHz或更高(包括現代在內的許多內存廠商表示不會推出DDR-II 400內存產品)。根據JEDEC組織者制定的DDR-II標準,用於PC和其他市場的DDR-II存儲器將具有不同的時鐘頻率,如400、533、667MHz。

高端DDR-II內存將有800-,1000MHz兩種頻率。DDR-II內存將在FBGA采用200針、220針和240針封裝。原DDR-II內存將采用0.13微米的生產工藝,內存顆粒電壓為1.8V,容量密度為512MB。DDR-II將使用與DDR-I存儲器相同的指令,但新技術將使DDR-II存儲器具有4到8個脈沖的寬度。DDR-II將包含新的性能指標和中斷指令,如CAS、OCD和ODT。DDR-II標準還提供了4位和8位512MB內存1KB、16位512MB內存2KB的尋址設置。

DDR-II內存標準還包括4位的4位預取,DDR-I技術的預取位只有2位。

DDR3的市場推出時間預計在2006年下半年,最高數據傳輸速度標準將達到1600Mbps。然而,在具體設計方面,DDR3和DDR2的基礎設施並沒有根本的不同。從某種角度來說,DDR3的誕生是為了解決DDR2發展的局限性。

由於DDR2的數據傳輸頻率已經達到800MHz,其核心工作頻率已經達到200MHz,因此很難對其進行升級,這就需要新的技術來保證速度的可持續發展。另壹方面,由於速度的提高,存儲器的地址/命令和控制總線需要全新的拓撲結構,業界也要求存儲器具有更低的能耗。因此,DDR3需要滿足以下要求:

更高的外部數據傳輸速率

更先進的地址/命令和控制總線拓撲結構。

在保證性能的同時進壹步降低了能耗。

為了滿足上述要求,DDR3在DDR2的基礎上采用了以下新設計:

8位預取設計,DDR2是4位預取,所以DRAM核心的頻率只有接口頻率的1/8,DDR3-800的核心工作頻率只有100MHz。

采用點對點拓撲結構,以減輕地址/命令和控制總線的負擔。

采用100nm以下生產工藝,工作電壓由1.8V降至1.5V,並增加了異步復位和ZQ校準功能。

讓我們將DDR3與DDR2進行比較,以便更好地了解未來DDR SDRAM家族的最新成員。

DDR3和DDR2的區別

1,邏輯庫號

DDR2 SDRAM有4庫8庫,目的是為了滿足未來大容量芯片的需求。DDR3很可能是從2Gb容量開始,所以初期的邏輯庫是8個,也為未來的16邏輯庫做好了準備。

2.包裝

DDR3有壹些新功能,所以管腳會增加。8位芯片采用78球FBGA封裝,16位芯片采用96球FBGA封裝,DDR2有60/68/84球FBGA封裝三種規格。而且DDR3必須是綠色包裝,不能含有任何有害物質。

3.突發長度(BL,突發長度)

因為DDR3的預取是8位,所以突發長度(BL)也固定為8。對於DDR2和早期的DDR架構系統,BL=4也是常用的。為此,DDR3增加了4位突發模式,即使用BL=4的讀操作和BL=4的寫操作來合成BL=8的數據突發傳輸。而且需要指出的是,任何突發中斷操作在DDR3內存中都會被禁止和不支持,取而代之的是更靈活的突發傳輸控制(比如4位順序突發)。

3.尋址時序

就像DDR2從DDR轉型後延遲期數量增加壹樣,DDR3的CL期也會比DDR2高。DDR2的CL範圍壹般在2到5之間,而DDR3在5到11之間,附加延遲(al)的設計也有所變化。在DDR2,AL的範圍是0到4,而在DDR3中,AL有三個選項,即0、CL-1和CL-2。此外,DDR3還增加了壹個新的時序參數——寫延遲(CWD),這將取決於具體的工作頻率。

4.新功能-重置

復位是DDR3的壹個重要新功能,為此專門準備了壹個管腳。DRAM行業要求這個功能已經很久了,現在終於在DDR3上實現了。此引腳將簡化DDR3的初始化。當復位命令有效時,DDR3存儲器將停止所有操作,並切換到最小活動狀態以節省功率。在復位期間,DDR3存儲器將關閉其大部分內部功能,因此所有數據接收器和發送器都將關閉。所有內部編程設備將被重置,DLL和時鐘電路將停止工作,並忽略數據總線上的任何移動。這樣DDR3就達到了最省電的目的。

5.新功能-ZQ校準

ZQ也是壹個新引腳,壹個240歐姆低容差基準電阻連接到該引腳。此引腳通過命令集和片內校準引擎(ODCE)自動檢查數據輸出驅動器的導通電阻和ODT的端電阻。當系統發出該指令時,導通電阻和ODT電阻將用相應的時鐘周期重新校準(通電和初始化後512個時鐘周期,自刷新操作後256個時鐘周期,其他情況下64個時鐘周期)。

6、參考電壓分為兩路

參考電壓信號VREF對於存儲系統非常重要,在DDR3系統中會分成兩個信號。壹個是用於命令和地址信號的VREFCA,壹個是用於數據總線的VREFDQ,這將有效提高系統數據總線的信噪比水平。

7.根據溫度自刷新溫度(SRT)。

為了保證存儲的數據不丟失,DRAM必須定期刷新,DDR3也不例外。不過為了最大程度的省電,DDR3采用了全新的自動自刷新設計(ASR)。當ASR啟動時,刷新頻率將由DRAM芯片內置的溫度傳感器控制,因為如果刷新頻率高,功耗就會大,溫度也會升高。另壹方面,溫度傳感器在不丟失數據的情況下,盡可能降低刷新頻率和工作溫度。但是DDR3的ASR是可選設計,市面上並不是所有的DDR3內存都支持這個功能,所以多了壹個功能,即自刷新溫度(SRT)。通過模式寄存器,可以選擇兩個溫度範圍,壹個是普通溫度範圍(例如0℃到85℃),另壹個是擴展溫度範圍,例如高達95℃。對於DRAM中設置的這兩個溫度範圍,DRAM將以恒定的頻率和電流刷新。

8.本地自刷新(RASR)。

這是DDR3的壹個選項。利用該功能,DDR3內存芯片可以只刷新部分邏輯庫,而不是全部,從而最大限度地降低自刷新帶來的功耗。這類似於移動DRAM的設計。

9.點對點連接(P2P)

這是提高系統性能的重要變化,也是與DDR2系統的關鍵區別。在DDR3系統中,壹個內存控制器只會處理壹個內存通道,並且這個內存通道只能有壹個插槽。因此,內存控制器與DDR3內存模塊之間的關系是點對點(單物理庫模塊)或點對兩點(雙物理庫模塊),從而大大降低了地址/命令/控制和數據總線的負載。內存模塊方面,與DDR2類似,也有標準DIMM(臺式PC)、so-DIMM/micro-DIMM(筆記本電腦)、FB-DIMM2(服務器),其中第二代FB-DIMM將采用規格更高的AMB2(高級內存緩沖區)。但是目前DDR3內存條的標準制定才剛剛開始,管腳設計還沒有最終確定。

除了以上九點,DDR3在電源管理和多用途寄存器方面也有新的設計,不過由於還在討論階段,並不是太重要,所以這裏就不詳細介紹了。我們來總結壹下DDR3和DDR2的對比:

對比DDR2和DDR3的規格,業界認為DDR3-800將局限於高端應用市場,有點像今天DDR2-400的待遇。預計DDR3在桌面上的啟動速度為1066MHz。

從整體規格來看,DDR3在設計思路上與DDR2差別不大,提升傳輸速率的方式依然是增加預取位數。但是,就像DDR2和DDR的對比壹樣,在相同的時鐘頻率下,DDR2和DDR3的數據帶寬相同,但DDR3的速度提升潛力更大。因此,我們不必壹開始就對DDR3抱有太大期望,就像我們當初對DDR2那樣。當然,在能耗控制方面,DDR3顯然要好得多,所以它很可能會最先受到移動設備的歡迎,就像DDR2內存不是桌面,而是服務器壹樣。在CPU外頻提升最快的PC桌面領域,DDR3未來也將經歷壹個緩慢升溫的過程。

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