DDR的前世與今生（二）

2016-12-20  by:CAE仿真在線  來源:互聯網

SDRAM與DDR SDRAM

SDRAM是比較久遠的事情了,但我們一說到它肯定不會和DDR混淆,我們通常理解的SDRAM其實是SDR SDRAM,為SDRAM的第一代,而DDR1則為第二代,乃至到我們現在使用的DDR4,其實為第五代SDRAM,在此需要澄清一下。以示區別,后續文章里面用SDR來特指SDR SDRAM,而DDR就特指DDR SDRAM了。

就像很多人回復的一樣,他們的本質區別就是周期操作方式(也稱時鐘采樣)的差異,這就導致后面設計上很大的不同。SDR都是“單數據傳輸模式”,這種內存的特性是在一個內存時鐘周期中,在一個波形上升沿時進行一次操作(讀或寫),而DDR則引用了一些新的設計及技術,其在一個內存時鐘周期中,在波形上升沿時進行一次操作,在方波的下降沿時也做一次操作,相當于在一個時鐘周期中,DDR則可以完成SDR兩個周期才能完成的任務,所以理論上同速率的DDR內存與SDR內存相比,性能要超出一倍,可以簡單理解為100MHZ DDR=200MHZ SDR。

至于SDR在設計上等長應該如何考慮,我想這個可能是大家最感興趣的問題了,雖然SDR的應用已經不多了,但還是經常有人會來問我們,下面采用個人覺得比較好的上期文章的答復給大家也來個參考。

二羔子網友說:“雖然都叫同步動態隨機存儲器,但是在技術上有很大差別,sdram屬于第一代ram,ddr-sdram屬于第二代ram,運用的是double data rate和預存取技術,傳輸速率是第一代的兩倍以上。在layout時,sdram甚至不用做等長,高性能要求除外。”

山水江南網友說:“Sdram是共同時鐘同步,數據和時鐘信號不用等長,但有最長的要求,所以走線盡可能的短。”

還有其他的一些網友也有類似的觀點,我們比較同意這種說法,正常來說如果SDR頻率在100MHz以下,等長范圍可以較大,相對來講都可以不用刻意去控了,而如果頻率超過100MHz以上,在PCB設計上就需要特別注意了,可以通過一個準確的時序仿真來計算等長,我們的經驗法則是盡量控制所有信號的長度,在可控的情況下最好是長度不超過3inch。這個在高速先生前期的文章時序設計里面有說到,在此就不再解釋了。

好了,現在正式回到我們的DDR時代,如下圖一是SDR到DDR4的近似發展路線及速率圖。

圖一 DDR發展路線及速率圖

內存的傳輸速度得以快速提升,除了芯片制造工藝的進步之外,關鍵的技術就是雙倍數據速率以及預存取。實際上內存的內核頻率基本上是保持一致的,都是100MHz到200MHz之間。一般認為200MHz的內存內核頻率是當前技術的極限(超頻除外)。DDR技術使數據傳輸速度提升了一倍,如圖二所示, DDR在時鐘信號上、下邊沿同時采樣數據。這樣如果同樣是200MHz的時鐘,DDR可以達到400Mb/s的數據傳輸速度。

圖二 DDR的時序

預存取技術則有效提升了芯片內部的數據傳輸速度。預存取(Prefetch)增加了DDR存儲陣列的位寬,如圖三所示是DDR2和DDR3的預存取過程,可以看到,因為預存取從4比特提升到了8比特,所以相同的總線頻率和數據率下,DDR3的核心頻率是DDR2的一半。核心頻率降低,可以減小功耗,減少發熱量,提升內存工作穩定性。而同樣的內存核心頻率下,DDR3的總線頻率和數據率是DDR2的一倍。

圖三 DDR2和DDR3的預存取過程

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