DDR的前世与今生(二)

高速先生 2021-04-28 00:00

文 | 周伟   一博科技高速先生团队队员




SDRAM与DDR SDRAM


SDRAM是比较久远的事情了,但我们一说到它肯定不会和DDR混淆,我们通常理解的SDRAM其实是SDR SDRAM,为SDRAM的第一代,而DDR1则为第二代,乃至到我们现在使用的DDR4,其实为第五代SDRAM,在此需要澄清一下。以示区别,后续文章里面用SDR来特指SDR SDRAM,而DDR就特指DDR SDRAM了。


 

就像很多人回复的一样,他们的本质区别就是周期操作方式(也称时钟采样)的差异,这就导致后面设计上很大的不同。SDR都是“单数据传输模式”,这种内存的特性是在一个内存时钟周期中,在一个波形上升沿时进行一次操作(读或写),而DDR则引用了一些新的设计及技术,其在一个内存时钟周期中,在波形上升沿时进行一次操作,在方波的下降沿时也做一次操作,相当于在一个时钟周期中,DDR则可以完成SDR两个周期才能完成的任务,所以理论上同速率的DDR内存与SDR内存相比,性能要超出一倍,可以简单理解为100MHZ DDR=200MHZ SDR。 

 

至于SDR在设计上等长应该如何考虑,我想这个可能是大家最感兴趣的问题了,虽然SDR的应用已经不多了,但还是经常有人会来问我们,下面采用个人觉得比较好的上期文章的答复给大家也来个参考。

 

二羔子网友说:“虽然都叫同步动态随机存储器,但是在技术上有很大差别,sdram属于第一代ram,ddr-sdram属于第二代ram,运用的是double data rate和预存取技术,传输速率是第一代的两倍以上。在layout时,sdram甚至不用做等长,高性能要求除外。”

 

山水江南网友说:“Sdram是共同时钟同步,数据和时钟信号不用等长,但有最长的要求,所以走线尽可能的短。”


还有其他的一些网友也有类似的观点,我们比较同意这种说法,正常来说如果SDR频率在100MHz以下,等长范围可以较大,相对来讲都可以不用刻意去控了,而如果频率超过100MHz以上,在PCB设计上就需要特别注意了,可以通过一个准确的时序仿真来计算等长,我们的经验法则是尽量控制所有信号的长度,在可控的情况下最好是长度不超过3inch。这个在高速先生前期的文章时序设计里面有说到,在此就不再解释了。


好了,现在正式回到我们的DDR时代,如下图一是SDR到DDR4的近似发展路线及速率图。

 

图一 DDR发展路线及速率图


内存的传输速度得以快速提升,除了芯片制造工艺的进步之外,关键的技术就是双倍数据速率以及预存取。实际上内存的内核频率基本上是保持一致的,都是100MHz到200MHz之间。一般认为200MHz的内存内核频率是当前技术的极限(超频除外)。DDR技术使数据传输速度提升了一倍,如图二所示, DDR在时钟信号上、下边沿同时采样数据。这样如果同样是200MHz的时钟,DDR可以达到400Mb/s的数据传输速度。 

 

图二  DDR的时序


预存取技术则有效提升了芯片内部的数据传输速度。预存取(Prefetch)增加了DDR存储阵列的位宽,如图三所示是DDR2和DDR3的预存取过程,可以看到,因为预存取从4比特提升到了8比特,所以相同的总线频率和数据率下,DDR3的核心频率是DDR2的一半。核心频率降低,可以减小功耗,减少发热量,提升内存工作稳定性。而同样的内存核心频率下,DDR3的总线频率和数据率是DDR2的一倍。

图三  DDR2和DDR3的预存取过程



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