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  • DDR,DDR2,DDR3,DDR4,LPDDR区别

    万次阅读 多人点赞 2019-12-22 22:47:42
    DDR,DDR2,DDR3,DDR4,LPDDR区别 作者:AirCity 2019.12.17 Aircity007@sina.com 本文所有权归作者Aircity所有 1 什么是DDR DDR是Double Data Rate的缩写,即“双比特翻转”。DDR是一种技术,中国大陆工程师习惯用...

    DDR,DDR2,DDR3,DDR4,LPDDR区别
    作者:AirCity 2019.12.17
    Aircity007@sina.com 本文所有权归作者Aircity所有

    1 什么是DDR

    DDR是Double Data Rate的缩写,即“双比特翻转”。DDR是一种技术,中国大陆工程师习惯用DDR称呼用了DDR技术的SDRAM,而在中国台湾以及欧美,工程师习惯用DRAM来称呼。

    DDR的核心要义是在一个时钟周期内,上升沿和下降沿都做一次数据采样,这样400MHz的主频可以实现800Mbps的数据传输速率。

    RAM,ROM,SRAM,DRAM,SDRAM具体是什么以及区别是什么,详见我的另一篇文章《RAM,ROM,SRAM,DRAM,SDRAM的区别》

    2 每一代DDR的基本区别

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    3 关键技术解释

    3.1 VTT

    VTT为DDR的地址线,控制线等信号提供上拉电源,上拉电阻是50Ω左右。VTT=1/2VDDQ,并且VTT要跟随VDDQ,因此需要专用的电源同时提供VDDQ和VTT。例如芯片TPS51206DSQT,LP2996。用专门的电源芯片,还有一个重要的原因,在Fly-by的拓扑中,VTT提供电流,增强DDR信号线的驱动能力。

    DDR的接收器是一个比较器,其中一端是VREF,另一端是信号,例如地址线A2在有VTT上拉的时候,A2的信号在0和1.8V间跳动,当A2电压高于VTT时,电流流向VTT。当A2低于VTT时,VTT流向DDR。因此VTT需要有提供电流和吸收电流的能力,一般的开关电源不能作为VTT的提供者。此外,VTT电源相当于DDR接收器信号输入端的直流偏执,且这个偏执等于VREF,因此VTT的噪声要越小越好,否则当A2的状态为高阻态时,DDR接收器的比较器容易产生误触发。

    上文说过,VTT相当于DDR接收器的直流偏执,其实如果没有VTT,这个直流偏执也存在,它在芯片的内部,提供电流的能力很弱。如果只有1个或2个DDR芯片,走Fly-by拓扑,那么不需要外部的VTT上拉。如果有2个以上的DDR芯片,则一定需要VTT上拉。

    3.2 Prefetch

    Prefetch字面意思就是预存取,每一代的DDR预存取大小不同,详见第2章中表格。以DDR3为例,它的Prefetch=8n,相当于DDR的每一个IO都有一个宽度为8的buffer,从IO进来8个数据后,在第8个数据进来后,才把这8个数据一次性的写入DDR内部的存储单元。下图是一个形象的解释,同时我们关注一下几个速率。DDR3的时钟是800MHz,Data Rate是1600Mbps,由于这个Buffer的存在,DDR内部的时钟只需要200MHz就可以了(注意DDR内部不是双比特翻转采样)。
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    我们来做一个频率对照表,如下
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    DDR内部的最小存储单元(1bit)是一个晶体管+一个电容,电容会放电,需要不断的“刷新”(充电)才能保持正常的工作状态,由于电容充放电需要时间,DDR内部的频率受限于此,很难提高,目前技术一般在100~200MHz。因此需要用Prefetch技术来提内部数据高吞吐率(其实就是串并转换原理)。Prefetch位宽的提高,是DDR2,3,4非常显著的变化。

    第一段提到,对于DDR3,在第8个数据进来后,FIFO满了,然后才把这8个数据一次性的写入DDR内部的存储单元,那么必须要求DDR的内部时钟和外部时钟有一定的约束关系,FIFO满的时候一定是以DQS下降沿采样结束的,数据手册中对DQS的下降沿与clk有一个建立时间和保持时间的约束要求的目的原来是这样。

    3.3 SSTL

    SSTL(Stub Series Terminated Logic)接口标准也是JEDEC所认可的标准之一。该标准专门针对高速内存(特别是SDRAM)接口。SSTL规定了开关特点和特殊的端接方案。
    SSTL标准规定了IC供电,IO的DC和AC输入输出门限,差分信号门限,Vref电压等。SSTL_3是3.3V标准,SSTL_2是2.5V标准,SSTL_18是1.8V标准,SSTL_15是1.5V。
    SSTL最大的特点是需要终端匹配电阻,也叫终端终结电阻,上拉到VTT(1/2VDDQ)。这个短接电阻最大的作用是为了信号完整性,特别是在1拖多的Fly-by走线拓扑下,还能增强驱动能力。
    在这里插入图片描述

    3.4 Bank

    以下图为例,一个Bank中包含若干个Array,Array相当于一个表单,选中“行地址”和“列地址”后,表单中的一个单元格就被选中,这个单元格就是一个bit。Bank中的所有Array的行地址是连在一起的,列地址也是。那么选中“行地址”和“列地址”后,将一起选中所有Array的bit。有多少个array,就有多少个bit被选中。以DDR3为例,Data线宽度是32,prefetch是8,那么Array就有32x8=256.内部一次操作会选中256bit的数据。
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    Bank数量越多,需要的Bank选择线越多,DDR3有8个bank,需要3个BA信号BA0~2。BA,行地址,列地址共同组成了存储单元的访问地址,缺一不可。

    3.5 DDR的容量计算

    下图是DDR3 1Gb的寻址配置,以其中128Mbx8为例说明,其中x8表示IO数据(DQ)位宽度。
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    我的理解是,这个page size更像是逻辑上的一个页,并不是一个bank中,一行的所有bit,因为一行的所有bit要考虑prefetch宽度。
    上表是JESD-3D中的表格,Row Address和Column Address都是真实需要寻址的地址,其他用途的地址比如A10,A12或者A11等并没有计算在内。在计算时,不要因为有A13,就认为Column Address就是A0~A13。

    3.6 Burst

    Burst字面意思是突发,DDR的访问都是以突发的方式连续访问同一行的相邻几个单元。进行Brust时,需要有几个参数:
    Burst Length:一次突发访问几个列地址。
    Read/Write: 是读还是写
    Starting Column:从哪一列开始Burst
    Burst:突发的顺序。
    下图是DDR3中突发类型和顺序,Burst是通过A12/BC#选择的。但对于DDR,DDR2和DDR4,不一定就是通过A12/BC#,详见PIN定义章节。
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    3.7 DDR的tRDC,CL,tAC

    在实际工作中,Bank地址与相应的行地址是同时发出的,此时这个命令称之为“行激活”(Row Active)。在此之后,将发送列地址寻址命令与具体的操作命令(是读还是写),这两个命令也是同时发出的,所以一般都会以“读/写命令”来表示列寻址。根据相关的标准,从行有效到读/写命令发出之间的间隔被定义为tRCD,即RAS to CAS Delay(RAS至CAS延迟,RAS就是行地址选通脉冲,CAS就是列地址选通脉冲),我们可以理解为行选通周期。tRCD是DDR的一个重要时序参数,广义的tRCD以时钟周期(tCK,Clock Time)数为单位,比如tRCD=3,就代表延迟周期为两个时钟周期,具体到确切的时间,则要根据时钟频率而定,DDR3-800,tRCD=3,代表30ns的延迟。
    接下来,相关的列地址被选中之后,将会触发数据传输,但从存储单元中输出到真正出现在内存芯片的 I/O 接口之间还需要一定的时间(数据触发本身就有延迟,而且还需要进行信号放大),这段时间就是非常著名的 CL(CAS Latency,列地址脉冲选通潜伏期)。CL 的数值与 tRCD 一样,以时钟周期数表示。如 DDR3-800,时钟频率为 100MHz,时钟周期为 10ns,如果 CL=2 就意味着 20ns 的潜伏期。不过CL只是针对读取操作。
    由于芯片体积的原因,存储单元中的电容容量很小,所以信号要经过放大来保证其有效的识别性,这个放大/驱动工作由S-AMP负责,一个存储体对应一个S- AMP通道。但它要有一个准备时间才能保证信号的发送强度(事前还要进行电压比较以进行逻辑电平的判断),因此从数据I/O总线上有数据输出之前的一个时钟上升沿开始,数据即已传向S-AMP,也就是说此时数据已经被触发,经过一定的驱动时间最终传向数据I/O总线进行输出,这段时间我们称之为 tAC(Access Time from CLK,时钟触发后的访问时间)。
    目前内存的读写基本都是连续的,因为与CPU交换的数据量以一个Cache Line(即CPU内Cache的存储单位)的容量为准,一般为64字节。而现有的Rank位宽为8字节(64bit),那么就要一次连续传输8次,这就涉及到我们也经常能遇到的突发传输的概念。突发(Burst)是指在同一行中相邻的存储单元连续进行数据传输的方式,连续传输的周期数就是突发长度(Burst Lengths,简称BL)。
    在进行突发传输时,只要指定起始列地址与突发长度,内存就会依次地自动对后面相应数量的存储单元进行读/写操作而不再需要控制器连续地提供列地址。这样,除了第一笔数据的传输需要若干个周期(主要是之前的延迟,一般的是tRCD+CL)外,其后每个数据只需一个周期的即可获得。
    突发连续读取模式:只要指定起始列地址与突发长度,后续的寻址与数据的读取自动进行,而只要控制好两段突发读取命令的间隔周期(与BL相同)即可做到连续的突发传输。

    谈到了突发长度时。如果BL=4,那么也就是说一次就传送4×64bit的数据。但是,如果其中的第二笔数据是不需要的,怎么办?还都传输吗?为了屏蔽不需要的数据,人们采用了数据掩码(Data I/O Mask,简称DQM)技术。通过DQM,内存可以控制I/O端口取消哪些输出或输入的数据。这里需要强调的是,在读取时,被屏蔽的数据仍然会从存储体传出,只是在“掩码逻辑单元”处被屏蔽。DQM由北桥控制,为了精确屏蔽一个P-Bank位宽中的每个字节,每个DIMM有8个DQM 信号线,每个信号针对一个字节。这样,对于4bit位宽芯片,两个芯片共用一个DQM信号线,对于8bit位宽芯片,一个芯片占用一个DQM信号,而对于 16bit位宽芯片,则需要两个DQM引脚。
    在数据读取完之后,为了腾出读出放大器以供同一Bank内其他行的寻址并传输数据,内存芯片将进行预充电的操作来关闭当前工作行。还是以上面那个Bank示意图为例。当前寻址的存储单元是B1、R2、C6。如果接下来的寻址命令是B1、R2、C4,则不用预充电,因为读出放大器正在为这一行服务。但如果地址命令是B1、R4、C4,由于是同一Bank的不同行,那么就必须要先把R2关闭,才能对R4寻址。从开始关闭现有的工作行,到可以打开新的工作行之间的间隔就是tRP(Row Precharge command Period,行预充电有效周期),单位也是时钟周期数。

    3.8 ODT

    ODT是内建核心的终结电阻,它的功能是让一些信号在终结电阻处消耗完,防止这些信号在电路上形成反射。换句话说就是在片内设置合适的上下拉电阻,以获得更好的信号完整性。被ODT校准的信号包括:

    • DQ, DQS, DQS# and DM for x4 configuration
    • DQ, DQS, DQS#, DM, TDQS and TDQS# for X8 configuration
    • DQU, DQL, DQSU, DQSU#, DQSL, DQSL#, DMU and DML for X16 configuration
      当一个CPU挂了很多个DDR芯片的时候,他们是共用控制线,地址线的,走线肯定要分叉,如果没有中端匹配电阻,肯定会产生信号完整性问题。那么如果只有一个DDR芯片的时候,需不需要呢?正常情况下,走线很短,有符合规则,是不需要的。
      下图是DDR中的IO上下拉电阻,RON是DDR的输出结构的上下拉电阻,RTT是DDR输入结构的上下拉电阻。这两个电阻的阻值都是可调的。
      在这里插入图片描述
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      下图是RON的调节,注意这不是ODT的任务,调节是通过寄存器实现。
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      下图是RTT的调节,是ODT要做的事情,而且RTT的档位要多,也是通过寄存器调节的。
      在这里插入图片描述
      注意,DDR3的PIN定义上有一个引脚是ODT,如果ODT=0,DRAM Termination State功能关闭;ODT=1,DRAM Termination State的功能参考寄存器设置。如下是一个真值表。因为DRAM Termination State非常耗电,所以不用的时候最好不要打开。

    在这里插入图片描述

    3.9 DDR3的ZQ

    ZQ信号在DDR3时代开始引入,要求在ZQ引脚放置一个240Ω±1%的高精度电阻到地,注意必须是高精度。而且这个电阻是必须的,不能省略的。进行ODT时,是以这个引脚上的阻值为参考来进行校准的。
    校准需要调整内部电阻,以获得更好的信号完整性,但是内部电阻随着温度会有些细微的变化,为了将这个变化纠正回来,就需要一个外部的精确电阻作为参考。详细来讲,就是为RTT和RON提供参考电阻。

    3.10 OCD

    OCD 是在 DDR-II 开始加入的新功能,而且这个功能是可选的,有的资料上面又叫离线驱动调整。OCD的主要作用在于调整 I/O 接口端的电压,来补偿上拉与下拉电阻值, 从而调整DQS 与 DQ 之间的同步确保信号的完整与可靠性。 调校期间,分别测试 DQS 高电平和 DQ高电平,以及 DQS 低电平和 DQ 高电平的同步情况。 如果不满足要求,则通过设定突发长度的地址线来传送上拉 / 下拉电阻等级(加一档或减一档),直到测试合格才退出 OCD 操作,通过 OCD 操作来减少 DQ 、 DQS的倾斜从而提高信号的完整性及控制电压来提高信号品质。由于在一般情况下对应用环境稳定程度要求并不太高,只要存在差分 DQS时就基本可以保证同步的准确性, 而且 OCD 的调整对其他操作也有一定影响, 因此 OCD 功能在普通台式机上并没有什么作用,其优点主要体现在对数据完整性非常敏感的服务器等高端产品领域。
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    4. DDR3的PIN定义

    下面是三星K4B4G0446Q/K4B4G0846Q的PIN定义,每一个都有很详细的解释。

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    以x8的配置为例,如下是其Ball Map。
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    • 一对时钟线CK和CKn
    • 数据线DQ0~DQ7共8位。
    • 一对差分对DQS和DQSn
    • 地址线A0~A15,其中,A10和A12有特殊用途。
    • 行选中信号RASn
    • 列选中信号CASn
    • 写使能Wen
    • 片选CSn
    • Bank选择BA0~2
    • 一个Reset信号,是DDR3新增的一项重要功能,并为此专门准备了一个引脚。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,所有数据接收与发送器都将关闭,且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,甚至不理睬数据总线上的任何动静。这样一来,该功能将使DDR3达到最节省电力的目的
    • ZQ和ODT PIN上文已经说明。

    5 DDR的走线规则

    DDR的信号线需要分组:
    -数据线一组(DQ,DQS,DQM),误差控制在20mil以内;
    -控制线一组(Address,控制线,时钟),以时钟为中心,误差控制在100mil以内。

    参考文章:
    https://blog.csdn.net/jackle_zheng/article/details/7460547
    https://www.cnblogs.com/jacklong-yin/p/9640485.html

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  • ddr3ddr4区别

    万次阅读 2018-03-11 20:22:35
    文章自:ddr3ddr4区别 新一代DDR4与上一代DDR3内存相比,新一代 DDR4 内存性能有了大幅度提升,而且功耗还降低了不少。更让大家兴奋的是,目前它的价格和 DDR3 相差无几。这难免令新装机用户心动。但是首先...

    文章转自:ddr3和ddr4区别

    新一代DDR4与上一代DDR3内存相比,新一代 DDR4 内存性能有了大幅度提升,而且功耗还降低了不少。更让大家兴奋的是,目前它的价格和 DDR3 相差无几。这难免令新装机用户心动。但是首先非常遗憾的告诉大家,DDR3 与 DDR4 内存相差较大,从外观到参数都是绝对的变化,也不互相兼容。

    DDR4 内存条

    每次内存升级换代时,必须支持的就是处理器。Haswell-E 平台的内存同 IVB-E/SNB-E 一样为四通道设计,DDR4 内存频率原生支持 2133MHz,这相较 IVB-E 的 DDR3 原生 1866MHz,起始频率有不小的提升。Haswell-E 作为新的旗舰提升最大两点一个是 6 核升级 8 核,另一点是对 DDR4 的支持。上市初期整体成本相当高,并且不会同时支持 DDR3 和 DDR4 内存,所以增加了 DDR4 普及的门槛。

    DDR3 和 DDR4 内存的区别是什么?

    1. DDR4内存条外观变化明显,金手指变成弯曲状
    2. DDR4 内存频率提升明显,可达 4266MHz
    3. DDR4 内存容量提升明显,可达 128GB
    4. DDR4 功耗明显降低,电压达到 1.2V、甚至更低

    DDR3 与 DDR4 内存条的区别

    DDR3 和 DDR4 可以一起用组建双通道吗?

    很遗憾,因为 DDR4 内存接口有所改动,所以导致新一代 DDR4 内存不再兼容以前的老主板。目前情况下,能兼容 DDR4 的只有 Intel 六代 CPU 对应的 100 系列主板。至于 AMD 主板,只有今年推出全新 AM4 接口后才可加入 DDR4 内存支持,目前市面上所有 AMD 平台都不支持 DDR4 内存。

    因接口有所改变,DDR4 内存金手指触点达到了 284 个,每一个触点间距只有 0.85mm(DDR3 内存金手指触点是 240 个,间距 1mm)。因为这一改变,DDR4 的内存金手指部分也设计成了中间稍突出,边缘收矮的形状,在中央的高点和两端的低点以平滑曲线过渡。因此,DDR4 是弯曲效果,而且 DDR4 防呆口位置和 DDR3 比较起来更靠中间一点。

    DDR3 和 DDR4 插口不一样

    因为兼容主板不同,DDR4 和 DDR3 内存无法通用,更不用说 DDR3+DDR4 组建双通道了。

    写在最后

    总之,DDR4 和 DDR3 内存是无法通用的,两者不兼容。不过目前市场有 DDR4 和 DDR3 内存都支持的 100 系列主板,这种非主流主板需求量比较小,不太建议。子凡认为, 既然搭配了最新平台,那么上 DDR3 内存就失去新平台的意义了另外,老组装电脑用户也不要一冲动就去买 DDR4 内存,因为 DDR4 需要新一代 100 系列主板支持,所以,老主板根本用不了。如果真想体验下 DDR4 内存的效果,就得组装新电脑了。

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  • DDR3DDR4的传输带宽

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    DDR4 2400:19.2 GB/s
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    DDR4 3200:25.6 GB/s

     

    转自:https://cn.transcend-info.com/Support/FAQ-292

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