什么是內(nèi)存的傳輸類型
2020-04-20 12:06:13
供稿：網(wǎng)友
內(nèi)存?zhèn)鬏旑愋停侵竷?nèi)存所采用的內(nèi)存類型。不同類型的內(nèi)存，傳輸類型各有差異，在傳輸率、工作頻率、工作方式、工作電壓等方面，都有不同。目前，市場(chǎng)中主要有的內(nèi)存類型有 SDRAM、DDR SDRAM 和 RDRAM 三種。其中，DDR SDRAM 內(nèi)存占據(jù)了市場(chǎng)的主流，而 SDRAM 內(nèi)存規(guī)格已不再發(fā)展，處于被淘汰的行列。RDRAM 則始終未成為市場(chǎng)的主流，只有部分芯片組支持，而這些芯片組也逐漸退出了市場(chǎng)，RDRAM 前景并不被看好。
1) SDRAM
SDRAM，即 Synchronous DRAM（同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器），曾經(jīng)是 PC 電腦上最為廣泛應(yīng)用的一種內(nèi)存類型，即便在今天，SDRAM 仍舊還在市場(chǎng)占有一席之地。既然是“同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器”，那就代表著它的工作速度是與系統(tǒng)總線速度同步的。
SDRAM 內(nèi)存又分為 PC66、PC100、PC133 等不同規(guī)格，而規(guī)格后面的數(shù)字，就代表著該內(nèi)存最大所能正常工作的系統(tǒng)總線速度，如 PC100，那就說(shuō)明此內(nèi)存可以在系統(tǒng)總線為 100MHz 的電腦中同步工作。
與系統(tǒng)總線速度同步，也就是與系統(tǒng)時(shí)鐘同步，這樣就避免了不必要的等待周期，減少數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間。同步還使存儲(chǔ)控制器知道在哪一個(gè)時(shí)鐘脈沖期由數(shù)據(jù)請(qǐng)求使用，因此數(shù)據(jù)可在脈沖上升期便開始傳輸。SDRAM 采用 3.3 伏工作電壓，168Pin 的 DIMM 接口，帶寬為 64 位。SDRAM 不僅應(yīng)用在內(nèi)存上，在顯存上也較為常見。
2) DDR
嚴(yán)格的說(shuō)，DDR 應(yīng)該叫 DDR SDRAM，人們習(xí)慣稱為 DDR。部分初學(xué)者也常看到 DDR SDRAM，就認(rèn)為是 SDRAM。DDR SDRAM 是 Double Data Rate SDRAM 的縮寫，是雙倍速率同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器的意思。
DDR 內(nèi)存是在 SDRAM 內(nèi)存的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，仍然沿用 SDRAM 生產(chǎn)體系。因此，對(duì)于內(nèi)存廠商而言，只需對(duì)制造普通 SDRAM 的設(shè)備稍加改進(jìn)，即可實(shí)現(xiàn) DDR 內(nèi)存的生產(chǎn)，可有效的降低成本。
SDRAM 在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)只傳輸一次數(shù)據(jù)，它是在時(shí)鐘的上升期進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；而 DDR 內(nèi)存則是一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)傳輸兩次數(shù)據(jù)，它能夠在時(shí)鐘的上升期和下降期各傳輸一次數(shù)據(jù)。因此，稱為雙倍速率同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器。DDR 內(nèi)存可以在與 SDRAM 相同的總線頻率下，達(dá)到更高的數(shù)據(jù)傳輸率。
與 SDRAM 相比，DDR 運(yùn)用了更先進(jìn)的同步電路，使指定地址、數(shù)據(jù)輸送和輸出的主要步驟，既獨(dú)立執(zhí)行，又保持與 CPU 完全同步。DDR 使用了 DLL(Delay Locked Loop，延時(shí)鎖定回路提供一個(gè)數(shù)據(jù)濾波信號(hào))技術(shù)，當(dāng)數(shù)據(jù)有效時(shí)，存儲(chǔ)控制器可使用這個(gè)數(shù)據(jù)濾波信號(hào)來(lái)精確定位數(shù)據(jù)，每 16 次輸出一次，并重新同步來(lái)自不同存儲(chǔ)器模塊的數(shù)據(jù)。DDR 本質(zhì)上不需要提高時(shí)鐘頻率，就能加倍提高 SDRAM 的速度，它允許在時(shí)鐘脈沖的上升沿和下降沿讀出數(shù)據(jù)，因而其速度是標(biāo)準(zhǔn) SDRA 的兩倍。
從外形體積上看，DDR 與 SDRAM 相比差別并不大。他們具有同樣的尺寸和同樣的針腳距離。但 DDR 為 184 針腳，比 SDRAM 多出了 16 個(gè)針腳，主要包含了新的控制、時(shí)鐘、電源和接地等信號(hào)。DDR 內(nèi)存采用的是支持 2.5V 電壓的 SSTL2 標(biāo)準(zhǔn)，而不是 SDRAM 使用的 3.3V 電壓的 LVTTL 標(biāo)準(zhǔn)。
3) RDRAM
RDRAM（Rambus DRAM）是美國(guó)的 RAMBUS 公司開發(fā)的一種內(nèi)存。與 DDR 和 SDRAM 不同，它采用了串行的數(shù)據(jù)傳輸模式。在推出時(shí)，因?yàn)槠鋸氐赘淖兞藘?nèi)存的傳輸模式，無(wú)法保證與原有的制造工藝相兼容，而且內(nèi)存廠商要生產(chǎn) RDRAM，還必須要加納一定專利費(fèi)用，再加上其本身制造成本，就導(dǎo)致了 RDRAM 從一問(wèn)世就高昂的價(jià)格，讓普通用戶無(wú)法接收。而同時(shí)期的 DDR 則能以較低的價(jià)格，不錯(cuò)的性能，逐漸成為主流，雖然 RDRAM 曾受到英特爾公司的大力支持，但始終沒有成為主流。
RDRAM 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位寬是 16 位，遠(yuǎn)低于 DDR 和 SDRAM 的 64 位。但在頻率方面，則遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于二者，可以達(dá)到 400MHz 乃至更高。同樣也是在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)傳輸兩次次數(shù)據(jù)，能夠在時(shí)鐘的上升期和下降期各傳輸一次數(shù)據(jù)，內(nèi)存帶寬能達(dá)到 1.6Gbyte/s。
普通的 DRAM 行緩沖器的信息，在寫回存儲(chǔ)器后便不再保留，而 RDRAM 則具有繼續(xù)保持這一信息的特性，于是在進(jìn)行存儲(chǔ)器訪問(wèn)時(shí)，如行緩沖器中已經(jīng)有目標(biāo)數(shù)據(jù)，則可利用，因而實(shí)現(xiàn)了高速訪問(wèn)。另外，其可把數(shù)據(jù)集中起來(lái)，以分組的形式傳送。所以，只要最初用 24 個(gè)時(shí)鐘，以后便可每 1 時(shí)鐘讀出 1 個(gè)字節(jié)。一次訪問(wèn)所能讀出的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，可以達(dá)到 256 字節(jié)。
4) DDR2
DDR2（Double Data Rate 2）SDRAM，是由 JEDEC（電子設(shè)備工程聯(lián)合委員會(huì)）進(jìn)行開發(fā)的新生代內(nèi)存技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它與上一代 DDR 內(nèi)存技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)最大的不同就是，雖然同是采用了在時(shí)鐘的上升/下降延同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕痉绞剑?nbsp;DDR2 內(nèi)存卻擁有兩倍于上一代 DDR 內(nèi)存預(yù)讀取能力（即：4bit 數(shù)據(jù)讀預(yù)取）。換句話說(shuō)，DDR2 內(nèi)存每個(gè)時(shí)鐘能夠以 4 倍于外部總線的速度讀/寫數(shù)據(jù)，并且能夠以內(nèi)部控制總線 4 倍的速度運(yùn)行。
DDR 和 DDR2 技術(shù)對(duì)比的數(shù)據(jù)此外，由于 DDR2 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定所有 DDR2 內(nèi)存均采用 FBGA 封裝形式，而不同于目前廣泛應(yīng)用的 TSOP/TSOP-II 封裝形式，F(xiàn)BGA 封裝可以提供了更為良好的電氣性能與散熱性，為 DDR2 內(nèi)存的穩(wěn)定工作與未來(lái)頻率的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。回想起 DDR 的發(fā)展歷程，從第一代應(yīng)用到個(gè)人電腦的 DDR200，經(jīng)過(guò) DDR266、DDR333 到今天的雙通道DDR400 技術(shù)，第一代 DDR 的發(fā)展也走到了技術(shù)的極限，已經(jīng)很難通過(guò)常規(guī)辦法提高內(nèi)存的工作速度。隨著 Intel 最新處理器技術(shù)的發(fā)展，前端總線對(duì)內(nèi)存帶寬的要求是越來(lái)越高，擁有更高更穩(wěn)定運(yùn)行頻率的 DDR2 內(nèi)存將是大勢(shì)所趨。
DDR2 與 DDR 的區(qū)別：在了解 DDR2 內(nèi)存諸多新技術(shù)前，先讓我們看一組 DDR 和 DDR2 技術(shù)對(duì)比的數(shù)據(jù)。
1、延遲問(wèn)題：
從上表可以看出，在同等核心頻率下，DDR2 的實(shí)際工作頻率是 DDR 的兩倍。這得益于 DDR2 內(nèi)存擁有兩倍于標(biāo)準(zhǔn) DDR 內(nèi)存的 4BIT 預(yù)讀取能力。換句話說(shuō)，雖然 DDR2 和 DDR 一樣，都采用了在時(shí)鐘的上升延和下降延同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕痉绞剑?nbsp;DDR2 擁有兩倍于 DDR 的預(yù)讀取系統(tǒng)命令數(shù)據(jù)的能力。也就是說(shuō)，在同樣 100MHz 的工作頻率下，DDR 的實(shí)際頻率為 200MHz，而 DDR2 則可以達(dá)到 400MHz。
這樣，也就出現(xiàn)了另一個(gè)問(wèn)題：在同等工作頻率的 DDR 和 DDR2 內(nèi)存中，后者的內(nèi)存延時(shí)要慢于前者。舉例來(lái)說(shuō)，DDR 200 和 DDR2-400 具有相同的延遲，而后者具有高一倍的帶寬。實(shí)際上，DDR2-400 和 DDR 400 具有相同的帶寬，它們都是 3.2GB/s，但是 DDR-400 的核心工作頻率是 200MHz，而 DDR2-400 的核心工作頻率是 100MHz，也就是說(shuō) DDR2-400 的延遲要高于 DDR-400。
2、封裝和發(fā)熱量：
DDR2 內(nèi)存技術(shù)最大的突破點(diǎn)，其實(shí)不在于用戶們所認(rèn)為的兩倍于 DDR 的傳輸能力，而是在采用更低發(fā)熱量、更低功耗的情況下，DDR2 可以獲得更快的頻率提升，突破標(biāo)準(zhǔn) DDR 的 400MHZ 限制。
DDR 內(nèi)存通常采用 TSOP 芯片封裝形式，這種封裝形式可以很好的工作在 200MHz 上。當(dāng)頻率更高時(shí)，它過(guò)長(zhǎng)的管腳就會(huì)產(chǎn)生很高的阻抗和寄生電容，這會(huì)影響它的穩(wěn)定性和頻率提升的難度。這也就是 DDR 的核心頻率很難突破 275MHZ 的原因。而 DDR2 內(nèi)存均采用 FBGA 封裝形式。不同于目前廣泛應(yīng)用的 TSOP 封裝形式，F(xiàn)BGA 封裝提供了更好的電氣性能與散熱性，為 DDR2 內(nèi)存的穩(wěn)定工作與未來(lái)頻率的發(fā)展提供了良好的保障。
DDR2 內(nèi)存采用 1.8V 電壓，相對(duì)于 DDR 標(biāo)準(zhǔn)的 2.5V，降低了不少，從而提供了明顯的更小功耗與更小發(fā)熱量，這一點(diǎn)的變化是意義重大的。
3、DDR2 采用的新技術(shù)：
除了以上所說(shuō)的區(qū)別外，DDR2 還引入了三項(xiàng)新的技術(shù)，它們是 OCD、ODT 和 Post CAS。
1) OCD（Off-Chip Driver）：也就是所謂的離線驅(qū)動(dòng)調(diào)整。DDR II 通過(guò) OCD 可以提高信號(hào)的完整性。DDR II 通過(guò)調(diào)整上拉（pull-up）/下拉（pull-down）的電阻值，使兩者電壓相等。使用 OCD 通過(guò)減少 DQ-DQS 的傾斜，來(lái)提高信號(hào)的完整性；通過(guò)控制電壓來(lái)提高信號(hào)品質(zhì)。
2) ODT：ODT 是內(nèi)建核心的終結(jié)電阻器。我們知道使用 DDR SDRAM 的主板上面，為了防止數(shù)據(jù)線終端反射信號(hào)，需要大量的終結(jié)電阻。它大大增加了主板的制造成本。實(shí)際上，不同的內(nèi)存模組對(duì)終結(jié)電路的要求是不一樣的，終結(jié)電阻的大小，決定了數(shù)據(jù)線的信號(hào)比和反射率。終結(jié)電阻小，則數(shù)據(jù)線信號(hào)反射低，但信噪比也較低；終結(jié)電阻高，則數(shù)據(jù)線的信噪比高，但信號(hào)反射也會(huì)增加。因此，主板上的終結(jié)電阻并不能非常好的匹配內(nèi)存模組，還會(huì)在一定程度上影響信號(hào)品質(zhì)。DDR2 可以根據(jù)自已的特點(diǎn)，內(nèi)建合適的終結(jié)電阻。這樣，可以保證最佳的信號(hào)波形。使用 DDR2 不但可以降低主板成本，還得到了最佳的信號(hào)品質(zhì)，這是 DDR 不能比擬的。
3) Post CAS：它是為了提高 DDR II 內(nèi)存的利用效率而設(shè)定的。在 Post CAS 操作中，CAS 信號(hào)（讀寫/命令）能夠被插到 RAS 信號(hào)后面的一個(gè)時(shí)鐘周期，CAS 命令可以在附加延遲（Additive Latency）后面保持有效。原來(lái)的 tRCD（RAS 到 CAS 和延遲）被 AL（Additive Latency）所取代，AL 可以在 0，1，2，3，4 中進(jìn)行設(shè)置。由于 CAS 信號(hào)放在了 RAS 信號(hào)后面一個(gè)時(shí)鐘周期，因此，ACT 和 CAS 信號(hào)永遠(yuǎn)也不會(huì)產(chǎn)生碰撞沖突。
總的來(lái)說(shuō)，DDR2 采用了諸多的新技術(shù)，改善了 DDR 的諸多不足，雖然它目前有成本高、延遲慢等諸多不足，但相信隨著技術(shù)的不斷提高和完善，這些問(wèn)題終將得到解決。
