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DDR=Double Data Rate雙倍速率同步動態隨機存儲器。嚴格的說DDR應該叫DDR SDRAM,人們習慣稱為DDR,其中,SDRAM 是Synchronous Dynamic Random Access Memory的縮寫,即同步動態隨機存取存儲器。而DDR SDRAM是Double Data Rate SDRAM的縮寫,是雙倍速率同步動態隨機存儲器的意思。DDR內存是在SDRAM內存基礎上發展而來的,仍然沿用SDRAM生產體系,因此對於內存廠商而言,只需對製造普通SDRAM的設備稍加改進,即可實現DDR內存的生產,可有效的降低成本。

1 DDR -簡介

DDR=Double Data Rate雙倍速內存

DDRDDR

雙通道同步動態隨機存儲器(雙通道同步動態隨機存取內存)即DDR SDRAM (Double Date Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory) 為具有雙倍數據傳輸率之SDRAM,其數據傳輸速度為系統頻率之兩倍,由於速度增加,其傳輸效能優於傳統的SDRAM。

2 DDR -名稱來源與工作原理

DDR是一種繼SDRAM后產生的 內存技術,DDR,英文原意為「Double Data Rate」,顧名思義,就是雙數據傳輸模式。之所以稱其為「雙」,也就意味著有「單」,老式的SDRAM都是「單數據傳輸模式」。DDR SDRAM最早是由三星公司於1996年提出,由日本電氣、三菱、富士通、東芝、日立、德州儀器、三星及現代等八家公司協議訂立的內存規格,並得到了AMD、VIA與SiS等主要晶元組廠商的支持。

老式SDRAM內存的特性是在一個內存時鐘周期中,在一個方波上升沿時進行一次操作(讀或寫),而DDR則引用了一種新的設計,其在一個內存時鐘周期中,在方波上升沿時進行一次操作,在方波的下降沿時也做一次操作,之所以在一個時鐘周期中,DDR則可以完成SDRAM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。

3 DDR -DDR與SDRAM的區別

嚴格的說DDR應該叫DDR SDRAM,人們習慣稱為DDR,部分初學者也常看到DDR SDRAM,就認為是SDRAM。DDR SDRAM是Double Data Rate SDRAM的縮寫,是雙倍速率同步動態隨機存儲器的意思。DDR內存是在SDRAM內存基礎上發展而來的,仍然沿用SDRAM生產體系,因此對於內存廠商而言,只需對製造普通SDRAM的設備稍加改進,即可實現DDR內存的生產,可有效的降低成本。
SDRAM在一個時鐘周期內只傳輸一次數據,它是在時鐘的上升期進行數據傳輸;而DDR內存則是一個時鐘周期內傳輸兩次次數據,它能夠在時鐘的上升期和下降期各傳輸一次數據,因此稱為雙倍速率同步動態隨機存儲器。DDR內存可以在與SDRAM相同的匯流排頻率下達到更高的數據傳輸率。
與SDRAM相比:DDR運用了更先進的同步電路,使指定地址、數據的輸送和輸出主要步驟既獨立執行,又保持與CPU完全同步;DDR使用了DLL(Delay Locked Loop,延時鎖定迴路提供一個數據濾波信號)技術,當數據有效時,存儲控制器可使用這個數據濾波信號來精確定位數據,每16次輸出一次,並重新同步來自不同存儲器模塊的數據。DDR本質上不需要提高時鐘頻率就能加倍提高SDRAM的速度,它允許在時鐘脈衝的上升沿和下降沿讀出數據,因而其速度是標準SDRA的兩倍。
從外形體積上DDR與SDRAM相比差別並不大,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個針腳,主要包含了新的控制、時鐘、電源和接地等信號。DDR內存採用的是支持2.5V電壓的SSTL2標準,而不是SDRAM使用的3.3V電壓的LVTTL標準。


DDR內存的頻率可以用工作頻率和等效頻率兩種方式表示,工作頻率是內存顆粒實際的工作頻率,但是由於DDR內存可以在脈衝的上升和下降沿都傳輸數據,因此傳輸數據的等效頻率是工作頻率的兩倍。
什麼是 DDR1?
有時候大家將老的存儲技術 DDR 稱為 DDR1 ,使之與 DDR2 加以區分。儘管一般是使用 「DDR」 ,但 DDR1 與 DDR 的含義相同。
什麼是 DDR2?
DDR2 是 DDR SDRAM 內存的第二代產品。它在 DDR 內存技術的基礎上加以改進,從而其傳輸速度更快(可達 667MHZ ),耗電量更低,散熱性能更優良 .
DDR2(Double Data Rate 2) SDRAM是由JEDEC(電子設備工程聯合委員會)進行開發的新生代內存技術標準,它與上一代DDR內存技術標準最大的不同就是,雖然同是採用了在時鐘的上升/下降延同時進行數據傳輸的基本方式,但DDR2內存卻擁有兩倍於上一代DDR內存預讀取能力(即:4bit數據讀預取)。換句話說,DDR2內存每個時鐘能夠以4倍外部匯流排的速度讀/寫數據,並且能夠以內部控制匯流排4倍的速度運行。

4 DDR -DDR2與DDR的區別

在了解DDR2內存諸多新技術前,先讓我們看一組DDR和DDR2技術對比的數據。 
對比數據

1、延遲問題:

DDR對比數據

從表可以看出,在同等核心頻率下,DDR2的實際工作頻率是DDR的兩倍。這得益於DDR2內存擁有兩倍於標準DDR內存的4BIT預讀取能力。換句話說,雖然DDR2和DDR一樣,都採用了在時鐘的上升延和下降延同時進行數據傳輸的基本方式,但DDR2擁有兩倍於DDR的預讀取系統命令數據的能力。也就是說,在同樣100MHz的工作頻率下,DDR的實際頻率為200MHz,而DDR2則可以達到400MHz。

這樣也就出現了另一個問題:在同等工作頻率的DDR和DDR2內存中,後者的內存延時要慢於前者。舉例來說,DDR 200和DDR2-400具有相同的延遲,而後者具有高一倍的帶寬。實際上,DDR2-400和DDR 400具有相同的帶寬,它們都是3.2GB/s,但是DDR400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DDR2-400的延遲要高於DDR400。

2、封裝和發熱量: 

DDR2內存技術最大的突破點其實不在於用戶們所認為的兩倍於DDR的傳輸能力,而是在採用更低發熱量、更低功耗的情況下,DDR2可以獲得更快的頻率提升,突破標準DDR的400MHZ限制。DDR內存通常採用TSOP晶元封裝形式,這種封裝形式可以很好的工作在200MHz上,當頻率更高時,它過長的管腳就會產生很高的阻抗和寄生電容,這會影響它的穩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內存均採用FBGA封裝形式。不同於目前廣泛應用的TSOP封裝形式,FBGA封裝提供了更好的電氣性能與散熱性,為DDR2內存的穩定工作與未來頻率的發展提供了良好的保障。DDR2內存採用1.8V電壓,相對於DDR標準的2.5V,降低了不少,從而提供了明顯的更小的功耗與更小的發熱量,這一點的變化是意義重大的。

DDR2採用的新技術:

除了以上所說的區別外,DDR2還引入了三項新的技術,它們是OCD、ODT和Post CAS。

OCD(Off-Chip Driver):也就是所謂的離線驅動調整,DDR II通過OCD可以提高信號的完整性。DDR II通過調整上拉(pull-up)/下拉(pull-down)的電阻值使兩者電壓相等。使用OCD通過減少DQ-DQS的傾斜來提高信號的完整性;通過控制電壓來提高信號品質。

DDROCT

ODT:ODT是內建核心的終結電阻器。我們知道使用DDR SDRAM的主板上面為了防止數據線終端反射信號需要大量的終結電阻。它大大增加了主板的製造成本。實際上,不同的內存模組對終結電路的要求是不一樣的,終結電阻的大小決定了數據線的信號比和反射率,終結電阻小則數據線信號反射低但是信噪比也較低;終結電阻高,則數據線的信噪比高,但是信號反射也會增加。因此主板上的終結電阻並不能非常好的匹配內存模組,還會在一定程度上影響信號品質。DDR2可以根據自已的特點內建合適的終結電阻,這樣可以保證最佳的信號波形。使用DDR2不但可以降低主板成本,還得到了最佳的信號品質,這是DDR不能比擬的。

Post CAS:它是為了提高DDR II內存的利用效率而設定的。在Post CAS操作中,CAS信號(讀寫/命令)能夠被插到RAS信號後面的一個時鐘周期,CAS命令可以在附加延遲(Additive Latency)後面保持有效。原來的tRCD(RAS到CAS和延遲)被AL(Additive Latency)所取代,AL可以在0,1,2,3,4中進行設置。由於CAS信號放在了RAS信號後面一個時鐘周期,因此ACT和CAS信號永遠也不會產生碰撞衝突。

總的來說,DDR2採用了諸多的新技術,改善了DDR的諸多不足,雖然它目前有成本高、延遲慢能諸多不足,但相信隨著技術的不斷提高和完善,這些問題終將得到解決。

 

5 DDR -DDR3與DDR2的區別

1.突髮長度(Burst Length,BL)
由於DDR3的預取為8bit,所以突發傳輸周期(Burst Length,BL)也固定為8,而對於DDR2和早期的DDR架構系統,BL=4也是常用的,DDR3為此增加了一個4bit Burst Chop(突發突變)模式,即由一個BL=4的讀取操作加上一個BL=4的寫入操作來合成一個BL=8的數據突發傳輸,屆時可通過A12地址線來控制這一突發模式。而且需要指出的是,任何突發中斷操作都將在DDR3內存中予以禁止,且不予支持,取而代之的是更靈活的突發傳輸控制(如4bit順序突發)。
2.定址時序(Timing)

DDRDDR2 的頻率對照表

就像DDR2從DDR轉變而來后延遲周期數增加一樣,DDR3的CL周期也將比DDR2有所提高。DDR2的CL範圍一般在2~5之間,而DDR3則在5~11之間,且附加延遲(AL)的設計也有所變化。DDR2時AL的範圍是0~4,而DDR3時AL有三種選項,分別是0、CL-1和CL-2。另外,DDR3還新增加了一個時序參數——寫入延遲(CWD),這一參數將根據具體的工作頻率而定。
其中 DDR2 的頻率對照表如右圖所示。
  

3.DDR3新增的重置(Reset)功能
重置是DDR3新增的一項重要功能,並為此專門準備了一個引腳。DRAM業界很早以前就要求增加這一功能,如今終於在DDR3上實現了。這一引腳將使DDR3的初始化處理變得簡單。當Reset命令有效時,DDR3內存將停止所有操作,並切換至最少量活動狀態,以節約電力。
在Reset期間,DDR3內存將關閉內在的大部分功能,所有數據接收與發送器都將關閉,所有內部的程序裝置將複位,DLL(延遲鎖相環路)與時鐘電路將停止工作,而且不理睬數據匯流排上的任何動靜。這樣一來,將使DDR3達到最節省電力的目的。


4.DDR3新增ZQ校準功能
ZQ也是一個新增的腳,在這個引腳上接有一個240歐姆的低公差參考電阻。這個引腳通過一個命令集,通過片上校準引擎(On-Die Calibration Engine,ODCE)來自動校驗數據輸出驅動器導通電阻與ODT的終結電阻值。當系統發出這一指令后,將用相應的時鐘周期(在加電與初始化之後用512個時鐘周期,在退出自刷新操作後用256個時鐘周期、在其他情況下用64個時鐘周期)對導通電阻和ODT電阻進行重新校準。
參考電壓分成兩個
在DDR3系統中,對於內存系統工作非常重要的參考電壓信號VREF將分為兩個信號,即為命令與地址信號服務的VREFCA和為數據匯流排服務的VREFDQ,這將有效地提高系統數據匯流排的信噪等級。
點對點連接(Point-to-Point,P2P)
這是為了提高系統性能而進行的重要改動,也是DDR3與DDR2的一個關鍵區別。在DDR3系統中,一個內存控制器只與一個內存通道打交道,而且這個內存通道只能有一個插槽,因此,內存控制器與DDR3內存模組之間是點對點(P2P)的關係(單物理Bank的模組),或者是點對雙點(Point-to-two-Point,P22P)的關係(雙物理Bank的模組),從而大大地減輕了地址/命令/控制與數據匯流排的負載。而在內存模組方面,與DDR2的類別相類似,也有標準DIMM(台式PC)、SO-DIMM/Micro-DIMM(筆記本電腦)、FB-DIMM2(伺服器)之分,其中第二代FB-DIMM將採用規格更高的AMB2(高級內存緩衝器)。
面向64位構架的DDR3顯然在頻率和速度上擁有更多的優勢,此外,由於DDR3所採用的根據溫度自動自刷新、局部自刷新等其它一些功能,在功耗方面DDR3也要出色得多,因此,它可能首先受到移動設備的歡迎,就像最先迎接DDR2內存的不是台式機而是伺服器一樣。在CPU外頻提升最迅速的PC台式機領域,DDR3未來也是一片光明。目前Intel預計在明年第二季所推出的新晶元-熊湖(Bear Lake),其將支持DDR3規格,而AMD也預計同時在K9平台上支持DDR2及DDR3兩種規格。

6 DDR -下代產品——DDR4

DDRDDR4工業樣品

據介紹美國JEDEC將會在不久之後啟動DDR4內存峰會,而這也標誌著DDR4標準制定工作的展開。一般認為這樣的會議召開之後新產品將會在3年左右的時間內上市,而這也意味著我們將可能在2011年的時候使用上DDR4內存,最快也有可能會提前到2010年。
JEDEC表示在7月份於美國召開的存儲器大會MEMCON07SanJose上時就考慮過DDR4內存要儘可能得繼承DDR3內存的規格。使用Single-endedSignaling( 傳統SE信號)信號方式則表示64-bit存儲模塊技術將會得到繼承。不過據說在召開此次的DDR4峰會時,DDR4 內存不僅僅只有Single-endedSignaling方式,大會同時也推出了基於微分信號存儲器標準的DDR4內存。

DDR4規格:

因此DDR4內存將會擁有兩種規格。其中使用Single-endedSignaling信號的DDR4內存其傳輸速率已經被確認為1.6~3.2Gbps,而基於差分信號技術的DDR4內存其傳輸速率則將可以達到6.4Gbps。由於通過一個DRAM實現兩種介面基本上是不可能的,因此DDR4內存將會同時存在基於傳統SE信號和微分信號的兩種規格產品。
根據多位半導體業界相關人員的介紹,DDR4內存將會是Single-endedSignaling( 傳統SE信號)方式DifferentialSignaling( 差分信號技術 )方式並存。其中AMD公司的PhilHester先生也對此表示了確認。預計這兩個標準將會推出不同的晶元產品,因此在DDR4內存時代我們將會看到兩個互不兼容的內存產品。

7 DDR -發展趨勢——DDR5及DDRX

新的繪圖記憶體的承諾,較低的能量消耗量和數據傳輸在6 Gbps的每秒。
我們只看到極少數的繪圖卡使用gddr4記憶直至目前為止,但三星已就此案與下一代的gddr5記憶體,並聲稱它的樣本已經發出了向主要的圖形處理器公司。 當然,三星並不是第一家公司開始採樣gddr5的記憶。雙方Hynix和奇夢達還宣布了類似的零件在十一月,但三星的記憶已經進了一步提供了數據傳輸速率6gb/sec ,超過標準5gb/sec 。因此,三星,大膽聲稱它的產品是「世界上速度最快的記憶體」和說它的「能夠傳輸移動影像及相關數據,在24千兆位元組每秒以及增加帶寬。」 ddr5記憶體也比較低功耗的要求,三星公司聲稱其記憶體運作,只是1.5 。
三星是目前採樣512MB的gddr5晶元( 16 MB × 32 ) ,和mueez迪恩,三星的市場營銷主管繪圖記憶體,他說,該記憶體'將使種圖形硬體的表現將推動軟體開發商提供了一個新台階眼膨化遊戲。不過,我們可能要等待一段時間之前, gddr5成為普遍。三星公司估計,該記憶體將成為'事實上的標準,在頂端表演細分市場'在2010年,當公司說,它將帳戶為' 50 %以上的高年底PC圖形市場。

8 DDR -相關條目

硬體硬碟
電腦內存
計算機內存類型
主板CPU
 

9 DDR -參考資料

[1] 中關村在線 http://detail.zol.com.cn/

[2] 太平洋電腦網 http://www.pconline.com.cn/

[3] 天極網 http://www.yesky.com/
 

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