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  • DDR3

    http://chenxin19830313.blog.163.com/blog/static/11278263620102269456907/

    http://www.ednchina.com/ART_8800513897_29_35573_AN_3a921b14_4.HTM

    百科名片

    DDR3是一种电脑内存规格。它属于SDRAM家族的内存产品,提供了相较于DDR2 SDRAM更高的运行效能与更低的电压,是DDR2 SDRAM(四倍资料率同步动态随机存取内存)的后继者(增加至八倍),也是现时流行的内存产品。

    DDR3 SDRAM为了更省电、传输效率更快,使用了SSTL 15的I/O接口,运作I/O电压是1.5V,采用CSP、FBGA封装方式包装,除了延续DDR2 SDRAM的ODT、OCD、Posted CAS、AL控制方式外,另外新增了更为精进进的CWD、Reset、ZQ、SRT、RASR功能。

      CWD是作为写入延迟之用,Reset提供了超省电功能的命令,可以让DDR3 SDRAM内存颗粒电路停止运作、进入超省电待命模式,ZQ则是一个新增的终端电阻校准功能,新增这个线路脚位提供了ODCE(On Die Calibration Engline)用来校准ODT(On Die Termination)内部中断电阻,新增了SRT(Self-Reflash Temperature)可编程化温度控制内存时脉功能,SRT的加入让内存颗粒在温度、时脉和电源管理上进行优化,可以说在内存内,就做了电源管理的功能,同时让内存颗粒的稳定度也大为提升,确保内存颗粒不致于工作时脉过高导致烧毁的状况,同时DDR3 SDRAM还加入RASR(Partial Array Self-Refresh)局部Bank刷新的功能,可以说针对整个内存Bank做更有效的资料读写以达到省电功效。

    一、DDR3在DDR2基础上采用的新型设计:

      DDR3

      1.8bit预取设计,而DDR2为4bit预取,这样DRAM内核的频率只有接口频率的1/8,DDR3-800的核心工作频率只有100MHz。

      2.采用点对点的拓朴架构,以减轻地址/命令与控制总线的负担。

      3.采用100nm以下的生产工艺,将工作电压从1.8V降至1.5V,增加异步重置(Reset)与ZQ校准功能。

      二、DDR3与DDR2几个主要的不同之处 :

      1.突发长度(Burst Length,BL)

      由于DDR3的预取为8bit,所以突发传输周期(Burst Length,BL)也固定为8,而对于DDR2和早期的DDR架构系统,BL=4也是常用的,DDR3为此增加了一个4bit Burst Chop(突发突变)模式,即由一个BL=4的读取操作加上一个BL=4的写入操作来合成一个BL=8的数据突发传输,届时可通过A12地址线来控制这一突发模式。而且需要指出的是,任何突发中断操作都将在DDR3内存中予以禁止,且不予支持,取而代之的是更灵活的突发传输控制(如4bit顺序突发)。

      2.寻址时序(Timing)

      就像DDR2从DDR转变而来后延迟周期数增加一样,DDR3的CL周期也将比DDR2有所提高。DDR2的CL范围一般在2~5之间,而DDR3则在5~11之间,且附加延迟(AL)的设计也有所变化。DDR2时AL的范围是0~4,而DDR3时AL有三种选项,分别是0、CL-1和CL-2。另外,DDR3还新增加了一个时序参数——写入延迟(CWD),这一参数将根据具体的工作频率而定。

      3.DDR3新增的重置(Reset)功能

      重置是DDR3新增的一项重要功能,并为此专门准备了一个引脚。DRAM业界很早以前就要求增加这一功能,如今终于在DDR3上实现了。这一引脚将使DDR3的初始化处理变得简单。当Reset命令有效时,DDR3内存将停止所有操作,并切换至最少量活动状态,以节约电力。

      在Reset期间,DDR3内存将关闭内在的大部分功能,所有数据接收与发送器都将关闭,所有内部的程序装置将复位,DLL(延迟锁相环路)与时钟电路将停止工作,而且不理睬数据总线上的任何动静。这样一来,将使DDR3达到最节省电力的目的。

      4.DDR3新增ZQ校准功能

      ZQ也是一个新增的脚,在这个引脚上接有一个240欧姆的低公差参考电阻。这个引脚通过一个命令集,通过片上校准引擎(On-Die Calibration Engine,ODCE)来自动校验数据输出驱动器导通电阻与ODT的终结电阻值。当系统发出这一指令后,将用相应的时钟周期(在加电与初始化之后用512个时钟周期,在退出自刷新操作后用256个时钟周期、在其他情况下用64个时钟周期)对导通电阻和ODT电阻进行重新校准。

      5.参考电压分成两个

      在DDR3系统中,对于内存系统工作非常重要的参考电压信号VREF将分为两个信号,即为命令与地址信号服务的VREFCA和为数据总线服务的VREFDQ,这将有效地提高系统数据总线的信噪等级。

      6.点对点连接(Point-to-Point,P2P)

      这是为了提高系统性能而进行的重要改动,也是DDR3与DDR2的一个关键区别。在DDR3系统中,一个内存控制器只与一个内存通道打交道,而且这个内存通道只能有一个插槽,因此,内存控制器与DDR3内存模组之间是点对点(P2P)的关系(单物理Bank的模组),或者是点对双点(Point-to-two-Point,P22P)的关系(双物理Bank的模组),从而大大地减轻了地址/命令/控制与数据总线的负载。而在内存模组方面,与DDR2的类别相类似,也有标准DIMM(台式PC)、SO-DIMM/Micro-DIMM(笔记本电脑)、FB-DIMM2(服务器)之分,其中第二代FB-DIMM将采用规格更高的AMB2(高级内存缓冲器)。

      面向64位构架的DDR3显然在频率和速度上拥有更多的优势,此外,由于DDR3所采用的根据温度自动自刷新、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,它可能首先受到移动设备的欢迎,就像最先迎接DDR2内存的不是台式机而是服务器一样。在CPU外频提升最迅速的PC台式机领域,DDR3未来也是一片光明。目前Intel所推出的新芯片-熊湖(Bear Lake),其将支持DDR3规格,而AMD也预计同时在K9平台上支持DDR2及DDR3两种规格。

      

    DDR3内存的技术改进

      逻辑Bank数量

      DDR2 SDRAM中有4Bank和8Bank的设计,目的就是为了应对未来大容量芯片的需求。而DDR3很可能将从2Gb容量起步,因此起始的逻辑Bank就是8个,另外还为未来的16个逻辑Bank做好了准备。

      封装(Packages)

      DDR3由于新增了一些功能,所以在引脚方面会有所增加,8bit芯片采用78球FBGA封装,16bit芯片采用96球FBGA封装,而DDR2则有60/68/84球FBGA封装三种规格。并且DDR3必须是绿色封装,不能含有任何有害物质。

      突发长度(BL,Burst Length)

      由于DDR3的预取为8bit,所以突发传输周期(BL,Burst Length)也固定为8,而对于DDR2和早期的DDR架构的系统,BL=4也是常用的,DDR3为此增加了一个4-bit Burst Chop(突发突变)模式,即由一个BL=4的读取操作加上一个BL=4的写入操作来合成一个BL=8的数据突发传输,届时可通过A12地址线来控制这一突发模式。而且需要指出的是,任何突发中断操作都将在DDR3内存中予以禁止,且不予支持,取而代之的是更灵活的突发传输控制(如4bit顺序突发)。

      寻址时序(Timing)

      就像DDR2从DDR转变而来后延迟周期数增加一样,DDR3的CL周期也将比DDR2有所提高。DDR2的CL范围一般在2至5之间,而DDR3则在5至11之间,且附加延迟(AL)的设计也有所变化。DDR2时AL的范围是0至4,而DDR3时AL有三种选项,分别是0、CL-1和CL-2。另外,DDR3还新增加了一个时序参数——写入延迟(CWD),这一参数将根据具体的工作频率而定。 从环保角度去看,降低功耗对业界是有着实实在在的贡献的,全球的PC每年的耗电量相当惊人,即使是每台PC减低1W的幅度,其省电量都是非常可观的。

      降低功耗

      DDR3内存在达到高带宽的同时,其功耗反而可以降低,其核心工作电压从DDR2的1.8V降至1.5V,相关数据预测DDR3将比现时DDR2节省30%的功耗,当然发热量我们也不需要担心。就带宽和功耗之间作个平衡,对比现有的DDR2-800产品,DDR3-800、1066及1333的功耗比分别为0.72X、0.83X及0.95X,不但内存带宽大幅提升,功耗表现也比上代更好.

    早在2002年6月28日,JEDEC就宣布开始开发DDR3内存标准,但从2006的情况来看,DDR2才刚开始普及,DDR3标准更是连影也没见到。不过目前已经有众多厂商拿出了自己的DDR3解决方案,纷纷宣布成功开发出了DDR3内存芯片,从中我们仿佛能感觉到DDR3临近的脚步。而从已经有芯片可以生产出来这一点来看,DDR3的标准设计工作也已经接近尾声。

      半导体市场调查机构iSuppli预测DDR3内存将会在2008年替代DDR2成为市场上的主流产品,iSuppli认为在那个时候DDR3的市场份额将达到55%。截至2008年11月底的情况看,这个预期还是比较准确,市场上已经占据了很多运行频率为1066,1333,1600,甚至2000MHz的DDR3内存,接口类型有200和240 PIN两种。不过,就具体的设计来看,DDR3与DDR2的基础架构并没有本质的不同。从某种角度讲,DDR3是为了解决DDR2发展所面临的限制而催生的产物。

      由于DDR2内存的各种不足,制约了其进一步的广泛应用,DDR3内存的出现,正是为了解决DDR2内存出现的问题,具体有:

      更高的外部数据传输率

      更先进的地址/命令与控制总线的拓朴架构

      在保证性能的同时将能耗进一步降低

      为了满足这些要求,DDR3内存在DDR2内存的基础上所做的主要改进包括:

      8bit预取设计,DDR2为4bit预取,这样DRAM内核的频率只有接口频率的1/8,DDR3-800的核心工作频率只有100MHz。

      采用点对点的拓朴架构,减轻地址/命令与控制总线的负担。

      采用100nm以下的生产工艺,将工作电压从1.8V降至1.5V,增加异步重置(Reset)与ZQ校准功能。

      在这个冬季即将结束,三星正式推出目前世界上单颗密度最大的DDR3芯片,基于50纳米制造工艺,推单颗容量到了4GB,这个终于使得我们可以更快的跨入64位的时代,因为单根PC内存条的容量已达到了惊人的32GB。 新的芯片比先前的DDR3芯片功耗降低了40%,

      其次,这也为单根32GB的内存条的上市扫清了障碍,最初面市的32GB的RDIMM内存用于服务器领域采取双面封装(每一面由4×4GDDR3芯片组成),同时会面对桌面市场提供8G的UDIMM内存提供给工作站和PC平台,以及8GB的SO-DIMM笔记本电脑内存。 新的低功耗DDR3内存设计工作电压为1.35伏,比之前1.5伏的DDR3芯片降低大约20%功耗,同时最大吞吐速度达到1.6Gbps。 另外,DDR2的价格恐怕会依然疲软,我在想我的本本是不是应该升级到DDR2 4GB了呢?而根据IDC的预测DDR3内存市场份额将从目前的29%到2011年达到72%。

    (1)功耗和发热量较小:吸取了DDR2的教训,在控制成本的基础上减小了能耗和发热量,使得DDR3更易于被用户和厂家接受。

      (2)工作频率更高:由于能耗降低,DDR3可实现更高的工作频率,在一定程度弥补了延迟时间较长的缺点,同时还可作为显卡的卖点之一,这在搭配DDR3显存的显卡上已有所表现。

      (3)降低显卡整体成本:DDR2显存颗粒规格多为16M X 32bit,搭配中高端显卡常用的128MB显存便需8颗。而DDR3显存颗粒规格多为32M X 32bit,单颗颗粒容量较大,4颗即可构成128MB显存。如此一来,显卡PCB面积可减小,成本得以有效控制,此外,颗粒数减少后,显存功耗也能进一步降低。

      (4)通用性好:相对于DDR变更到DDR2,DDR3对DDR2的兼容性更好。由于针脚、封装等关键特性不变,搭配DDR2的显示核心和公版设计的显卡稍加修改便能采用DDR3显存,这对厂商降低成本大有好处。

      目前,DDR3显存在新出的大多数中高端显卡上得到了广泛的应用。 现在许多低端的显卡也有采用DDR3显存的

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    DDR2与DDR1的不同之处

    主要区别:

      1,DDRI的工作电压为2.5V,DDRII的工作电压为1.8v。

      2,DDRI的PIN脚为184pin,DDRII的pin脚为240pin

      3,DDRI的主频为266/333/400,DDRII的主频为400/533/667/800/1066MHz.

      DDR1的频率最高到400,DDR2的最高到1066,DDR3的则更高了。三者不同类型的不可以混插。

      同类型的内存条不同频率的可以混插。

    DDR3与DDR2的不同之处

     逻辑Bank数量,DDR2 SDRAM中有4Bank和8Bank的设计,目的就是为了应对未来大容量芯片的需求。而DDR3很可能将从2GB容量起步,因此起始的逻辑Bank就是8个,另外还为未来的16个逻辑Bank做好了准备。 封装(Packages),DDR3由于新增了一些功能,所以在引脚方面会有所增加,8bit芯片采用78球FBGA封装,16bit芯片采用96球FBGA封装,而DDR2则有60/68/84球FBGA封装三种规格。并且DDR3必须是绿色封装,不能含有任何有害物质。 突发长度(BL,Burst Length),由于DDR3的预取为8bit,所以突发传输周期(BL,Burst Length)也固定为8,而对于DDR2和早期的DDR架构的系统,BL=4也是常用的,DDR3为此增加了一个4-bit Burst Chop(突发突变)模式,即由一个BL=4的读取操作加上一个BL=4的写入操作来合成一个BL=8的数据突发传输,届时可透过A12位址线来控制这一突发模式。而且需要指出的是,任何突发中断操作都将在DDR3内存中予以禁止,且不予支持,取而代之的是更灵活的突发传输控制(如4bit顺序突发)。 寻址时序(Timing),就像DDR2从DDR转变而来后延迟周期数增加一样,DDR3的CL周期也将比DDR2有所提升。DDR2的CL范围一般在2至5之间,而DDR3则在5至11之间,且附加延迟(AL)的设计也有所变化。DDR2时AL的范围是0至4,而DDR3时AL有三种选项,分别是0、CL-1和CL-2。另外,DDR3还新增加了一个时序参数──写入延迟(CWD),这一参数将根据具体的工作频率而定。 新增功能──重置(Reset),重置是DDR3新增的一项重要功能,并为此专门准备了一个引脚。DRAM业界已经很早以前就要求增这一功能,如今终于在DDR3身上实现。这一引脚将使DDR3的初始化处理变得简单。当Reset命令有效时,DDR3内存将停止所有的操作,并切换至最少量活动的状态,以节约电力。在Reset期间,DDR3内存将关闭内在的大部分功能,所以有数据接收与发送器都将关闭。所有内部的程式装置将复位,DLL(延迟锁相环路)与时钟电路将停止工作,而且不理睬数据总线上的任何动静。这样一来,将使DDR3达到最节省电力的目的。 新增功能──ZQ校准,ZQ也是一个新增的脚,在这个引脚上接有一个240欧姆的低公差参考电阻。这个引脚透过一个命令集,经由片上校准引擎(ODCE,On-Die Calibration Engine)来自动校验数据输出驱动器导通电阻与终结电阻器(ODT,On-Die Termination)的终结电阻值。当系统发出这一指令之后,将用相对应的时钟周期(在加电与初始化之后用512个时钟周期,在退出自刷新操作后用256个时钟周期、在其他情况下用64个时钟周期)对导通电阻和ODT电阻进行重新校准。[1]

    ZQ校准

    为了提高信号完整性,并增强输出信号强度,DDR内存中引入了终端电阻和输出驱动器。而为了在温度和电压发生变化的情况下仍能保持信号完整性,就需要对这些终端电阻和输出驱动器进行定期校准。未经校准的终端电阻会直接影响信号质量,而调整不当的输出驱动器则会使有效信号跃迁偏离参考电平,从而导致数据和选通信号之间出现偏差。如图3所示,这种偏差会缩短有效数据窗口,并降低数据传输的可靠性。


    图3:因不等的数据选取脉冲(DQS)驱动使交叉点偏离中间水平而导致有效数据窗口缩短。

    DDR2内存的输出驱动器一般置于芯片外,只在初始化过程中随机校准一次,因此这种被称为“片外驱动校准(OCD)”的校准序列仅用于校准片外输出驱动器。DDR2内存无法支持ODT校准模式。

    为了保持更高的信号完整性,DDR3内存中引入ODT和片上输出驱动器。DDR3内存中新增了ZQ专用脚,在ZQ管脚与地面之间接有一个240Ω±1%容差的外部参考电阻,便于进行校准。当内存模块收到ZQ校准命令时,片上校准引擎便启动校准序列。在DDR3内存的初始化阶段会进行初始ZQ校准,之后会定期进行短时ZQ校准,以补偿运行温度和电压漂移造成的信号波动。

    动态ODT

    为了提高数据总线上的信号完整性,DDR3内存中新增了一个特性,可以在不设置模式寄存器值的情况下修改ODT电阻。使能该特性后,一个不同的终端电阻值就会被写入到内存中。图4展示了在DDR3内存中使能该特性后,如何在写入操作中动态转换终端电阻,在这种情况下也无需再发送模式寄存器编程命令。


    图4:使能DDR3内存模块的动态ODT阻配置特性后,在数据写入操作中该配置将终端电阻改为“RTT_Dyn”,待操作完成后,又将终端电阻恢复到“RTT_Nom”。

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