DDRII内存技术深入分析 -天瑞科技，深圳电脑维修，深圳电脑维护

　　IT业（技术方面）的大变革不常见，其中包含了几个浅显的原因。市场的方向是实用而不纯粹是性能，大多数的技术突破，往往造价很高；而且往往在开始阶段，新技术的性能甚至还比不上上一代产品的高端方案（有名的例子，就是PentiumⅣ初出茅庐时，甚至比不上当时成熟的PentiumⅢ）。不管怎么说，尽管实用和性价比是一个技术打入市场的决定性因素，但市场本身也需要不停的发展，这就需要技术的更新和进步。如果新技术不是贵的太过离谱，业内总会朝它靠拢，去挖掘它，发展它。

　　过去几年内存市场的发展，就是一个活生生的例子。DRAM工业就像一条平静的小溪流，被Intel&Rambus这块突然飞来的石块激起了波纹。这些往事已为人所熟知（具体可看文章“Rambus：一个公司演绎的故事”），我们的重点不是讨论这个，但可将结论重温一下：RDRAM内存昂贵，标准独有，只由一个公司势单力薄的支撑，被偏爱DDR SDRAM的市场所排斥，实用性不大。DDR SDRAM凭借市场，绝对公平的击退了RDRAM，那么现在就产生了一个问题：DDR的后继标准将是什么？ DDRII的发展背景

　　从上面的分析可知道，市场将会对以后的新标准作出选择，这是肯定的。市场需要一种新技术，首先当然要比DDR快，同时它又能大致兼容目前的硬件基础，这样的过渡才显得平稳和经济。基于这一情况，我们找到了一个符合宗旨的名字：DDR II。JEDEC（更确切的说，是处理DRAM事务的JC-42委员会成立的组织：Future DRAM Task Group[未来DRAM工作组]）早在1998年春，就开始研究DDR II技术，当时的PC市场还没有DDR的身影。到目前为止，所有主要的DRAM制造商已经展出了它们的DDR II芯片，该组织包含了超过一百家的公司，它们的业务范围，从制造CPU到生产测试内存模块的设备无所不包。

　　DDR II的发展进程和RDRAM大为不同，因为它是一门最大程度开放的技术。该工作组不仅对JEDEC开放，而且它所制定的标准，从一开始就严格定义在开放和免费上。理所当然的，这意味着主成本更低，产量更大。

　　对于新内存技术而言，主要的问题不在内存本身，而是内存所要求的系统（CPU和芯片组）。DDR II要求的配合基础显得非常理想（容易实现）。它本身已经采用一些措施减低了成本和功耗，当然，它还尽量满足我们所寄予的期望，如：向后兼容DDR，保证不需要特殊的、非标准接口的支持。当然还有一点，它能实现更高的性能，按照说法是因为提高了总线效能。

　　还有一些个别的事件足于证明DDR II的优秀，如曾草草发展过的SLDRAM，SRAM等等。这可不是空口说白话。回溯到1999年初，SLDRAM公司宣布终止SLDRAM的研发工作（当时，已经投入了高达40亿美元的研发费用），并将会把精力（包括所有它已取得的成果）转移到DDR II上。

　　发展过程的首要问题，就是要使DDR II向后兼容DDR。如不是因为这个，许许多多难关都没必要去攻克，新的规格标准也能一早就出现。但在大众的殷切期望之下，做好向后兼容DDR的工作是工程师们必须面对的事情。不过DIMM模块变了，232针的DDR II模块将取代184针的DDR模块。

　　如果我们深究一下细节，会发现从总体看，许多工作都是为了保留现有的设备基础而做。内存控制器的指令集没有被替换，而是扩展了，因此，同一内存控制器在DDR和DDR II上都将可以工作。在数据包传输和数据总线上，也有同样的处理手法，仍保留4路交联结构，内存页大小也没变。我们看到，自从Rambus事件之后，对于DDR II，业界似乎刻意回避提“革命性”这个词。

　　兼容性重要，但也不能代表全部，否则，我们干脆坚持用DDR好了，因为它可是100％兼容它自己。发展DDR II的总体宗旨仍是为了提高性能。这个方向上已落实了一些工作，最明显的就是稍微提高了时钟频率。之所以是“稍微”，是因为架构仍是原来那套，一种本质上改变不多的内存，不能期望它会带来频率的突飞猛进。

DDR II的技术进展

　　在200MHz（400MHz）PC3200的DDR内存出现后，首批量产的DDR II内存芯片将频率定于200MHz/266MHz。内存总线是64位，从而能提供3.2-4.3GB/秒的带宽。当然，以后频率会提高，333MHz（667MHz）的芯片也已准备好了，很快我们就能接触到5.4GB/秒的带宽。还要知道，当DDR II出来后，PC市场上估计已没有单通道的芯片组了，那时候，双通道内存将能提供高达10.8GB/秒的带宽。这对于AGP 3.0，以后的CPU和PCI-X都显得绰绰有余。顺便说一句，Intel的下一代x86处理器Prescott，带宽正好是5.4GB/秒。两者结合，真是精彩的碰撞。

　　使用更为先进的制造工艺，还有芯片核心的内部改进，为提高内存频率提供了条件。如原来的双倍数据包预读取，现在改良为四倍预读取。因此，现在核心的频率将是内存总线的四分之一。拿一个标称266MHz的芯片为例，它的外部总线频率是533MHz，核心频率则是133MHz，这对于今天的内存生产商来说毫无问题。

　　另一个革新是，如果一个指令，没和前面执行的指令冲突，那么它可以在任何一个传输上沿执行。这样的结果是，指令总线频率可以在数据总线的一半状态下工作。

　　进一步阐述前，先重提几个基本概念。存储在内存芯片中的数据总量，由几个分存储体（Bank）组成，Bank中的数据将进一步被依次分割为内存页。一个内存页即是一个二维数列。相同的带宽下，决定内存性能的两个关键参数是CAS（column address strobe）和RAS（row address strobe）。它们分别代表向页的列和行寻址的时钟周期，它们的交汇点就是供读写的存储单元。

　　有一项结构改变，我们称之为Posted CAS，即“写入延迟＝读入延迟－1”，这有助于更有效的利用总线。列和行数据阵列的访问时间间隔（RAS-to-CAS延迟，tRCD），DDR最小为13毫秒，这对DDR II而言足足损失了四个时钟周期。为了降低这种损失，引入了Posted CAS模式和增加延迟的概念。这些技术允许CAS和RAS指令在一定程度上重叠执行，几乎没有任何停顿。

　　对于延迟我们要说几句，这是今天的DRAM架构的一大痛处。可不能低估这个延迟，RDRAM可以说明这个问题。在测试中，内存寻址的高延迟将导致低性能。在这方面DDR做的比RDRAM好，但也好不了多少。请回想一下，从i486时代发展到Pentium 2的几年中，CPU的时钟频率和内存带宽都增长了10倍以上，不过内存寻址延迟也增高了五倍。因此，内存业的变迁发展，多多少少能从Rambus身上反映出来，就是：带宽 vs 延迟。

　　CAS和RAS两者之间一直保持着平衡，有衡量平衡度的方法，即Posted CAS和“写入延迟＝读入延迟－1”，还有VCM (Virtual Channel Memory) RAM和ESDRAM Lite等方式也曾在开发中使用过。大体上说，无论是哪种方式，都建议创建一个小缓存区（8Kbit/Bank），这样可避开tRCD这个降低高频内存子系统性能的元凶，并避免由于访问到错误的内存页和内存区时带来时间损失。但我们可以看到，问题并没有改善。起码现有的DDR II芯片的tRCD值最少都有15毫秒。

　　关于延迟概念的还有一个要点，即DDR II内存没有半个时钟延迟。将四数据包传输和指令冲突结合在一起，能小幅度减低测试的成本，从而也就减少了总制造成本。还有，规格书宣称芯片和DIMM模块的布局已经过优化，可以减少插槽，适合廉价主板。

　　业界还从Rambus的遭遇中领会到很重要的一点，就是功耗。功耗是个大问题，Rambus曾在此方面花费了大力气。我们须承认，DDR DIMM模块确实设计有散热器，这种设计首次出现是在RIMM上。总的说来，这又是DDR II的开发者要面对的又一难题。

　　芯片频率和电压直接关联这一概念，在DDR II上仍成立，不过它的输入电压不是现在流行的2.5伏，而是1.8伏。

　　下面，我们来看DRAM架构的最后一个重要问题，即开发者开始考虑引入自动校准机理的可行性，直到现在，该问题仍显得新鲜有趣。处理数据的进程，从通过低速写入协议将数据集写入内存芯片作为开端，低速协议本身未经校正，因此不允许四位交联写入，只适合在芯片初始化后使用。所以，必须有一个指令，负责打开一连串的扩展寄存器，开始处理改变回路电阻值的调试进程。然后，系统读入预写入的数据集。如果需要的调试进程增多，则校准程序重复执行。时间延迟也会进行同样的调试。可以得出一个结论：这些模块，所处于的系统环境不同，就要进行相应不同的调整。这是为了回路稳定而采取的一种方法，相当复杂。遗憾的是，这种复杂的概念现在仍然通用。

DDRII样板和标准之争

　　Micron，Samsung和Elpida都推出有512Mbit/秒的DDR II芯片样板，通过它们，多少可以让我们对明年下半年才出现的DDR II有个较清晰的印象。

频率：533MHz

结构：32x4, 16x8, 8x16

芯片电压：1.8伏

功耗：304毫瓦

封装：FBGA

外加特性：外置电阻调节回路

　　我们已拿到一DDR II样板产品，看起来很精美，频率和性能都有提升（我们希望提升的幅度再大些），功耗有所减低。现在电脑设备和其它外设的潮流是朝小型化发展，如PDA。DDR II内存用FBGA封装取代目前最普遍的TSOP-II封装，可使得PCB板上的芯片位置更为相互靠近，以保证电子信号有更好的稳定性。FBGA将是一个更为统一的封装方式，这很重要。根据Semico的调查报告，三年前，69％的DRAM芯片都用在PC上，而近两年来只有46％，剩下的芯片用在通信设备，家用电子产品和移动设备上面。

　　内存芯片用在显卡上时，虽然显存需要频率甚至比系统内存还高，但电路往往简单，因为不需要担心不同的制造商生产的芯片会有不同，它们是统一的；而且所需要的芯片数量还可减少。

　　在2002年年底，基于DDR II的显存标准GDDR-2/3得到批准。2还是3，取决于支持者的力量。NVIDIA和Co认为，输出带宽为1Gbit/秒的GDDR-2合适（相比之下，400MHz DDR II芯片的输出带宽为400Mbit/秒）。而ATi认为GDDR-3好，其它规格一样，但频率更高。因此，输出带宽可达1.4Gbit/秒。也就是说，两种标准得到的频率将分别是1GHz和1.4GHz。这些标准不是凭空说的，当你读到本文时，三星应该已经产出了他们的限量版1GHz GDDR-2芯片。

　　尽管显卡芯片厂商还在为不同的DDR II标准而争吵，但目前而言，它们还不需要这么高的频率，而急需的却是低成本和实用。这里有一种处理方式：认准其中一种DDR II标准，而不理会所有其它的标准，同时还可采用DDR-2M，一种基于DDR II的移动版本规格。ATi和Elpida正在尽力采用这种方式，但前途如何还不太清楚，要看市场是否接受。

　　这个标准之争似乎是历史的重演。如果没有其它因素而由市场全权选择的话，那么胜出者必将是性价比最高的那个。更进一步的发展将会有DDR III，电压低至1.2-1.5伏，频率可以提到更高水平，从800到1500MHz，芯片的带宽将达到12GB/秒而不是DDR II的6.4GB/秒。不过有一点不会改变，就是DDR II芯片的成本接近DDR，而DDR III也将会顺应这个趋势。

　　也许我们现在讲DDR II还为时过早，到DDR II大量上市时，应该是明年下半年。那时候，支持DDR II的芯片组也应该上市了，如SiS656。而Intel只计划在2004年推出双通道DDR II芯片组。同时VIA将用他们的双通道P4X800参加角逐，时间大概是明年的第四季度。