使用新的 DRAM 进步来提高嵌入式系统的性能

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时间：2023-04-03 16:04:34

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使用新的 DRAM 进步来提高嵌入式系统的性能对于主流内存，这条路已经规划好了，也走过了。从快速页面 (FP) 模式和扩展数据输出 (EDO) 到 SDR、DDR 和 DD

对于主流内存，这条路已经规划好了，也走过了。从快速页面 (FP) 模式和扩展数据输出 (EDO) 到 SDR、DDR 和 DDR2，演变带来了先进的架构、更快的速度、更高的密度和带宽，以及更低的电源电压和功耗。这些重大进步共同推动 DRAM 和计算细分市场达到更高的性能水平。
DRAM 技术的进步伴随着多核处理器、新操作系统的出现，以及对许多不同计算平台和应用程序（例如服务器、工作站、大容量存储系统、超级计算机、PC 和外围设备）的日益不同的要求。随着从一代内存到下一代内存的每次过渡，内存注意事项变得更加复杂。
向 DDR3 的过渡也不例外。但是，通过清楚地了解主存储器的发展历程和权衡取舍，设计人员可以选择能满足其平台、操作系统和应用程序需求的高性能存储设备。

在 DDR 技术出现之前，就有了 SDR 技术。而在SDR之前，有FP/EDO内存，数据是异步传输的，所以没有数据/地址/命令信号所参考的时钟信号。SDR 技术通过提供这些信号所参考的时钟输入改进了这一点，并且数据在时钟的上升沿（低到高转换）传输。

表：DDR3 在DDR2停止的地方起飞。
通过使用与系统时钟同步的 DRAM 时钟引脚，可以实现比异步存储器更高的数据速率。
2000年，DDR SDRAM推向市场。DDR 技术通过在时钟周期的上升沿和下降沿传输数据来使 SDR 数据速率加倍。使用 DDR，每个时钟周期传输 2 位（每条数据线）（而不是使用 SDR 的 1 位）。
为此，在每个时钟周期为每条数据线从存储器阵列访问 2 位。这个过程称为2-word或2n-prefetch（这里的时钟周期是指内存阵列的周期时间，内存阵列的频率是I/O 缓冲器的一半和数据速率的四分之一。） . 预取有助于以进化的速度提高速度，提高产量和性能。
DDR2 SDRAM 的功能与 DDR SDRAM 非常相似，但具有可实现更快速度的新功能，并且 DDR3 在 DDR2 停止的地方起飞。
DDR 具有 2n 预取，DDR2 具有 4n 预取，而 DDR3 具有 8n 预取。DDR3 的内部数据周期时间是外部时钟速率的八分之一，内部数据总线宽度是外部数据总线宽度的 8 倍。使用 DDR3，在每个内核时钟周期，每条数据线将 8 位数据从内存阵列移动到 I/O 缓冲区。
其他带宽增强功能包括较低的 RTT（终端电阻）值以支持更高的数据速率。DDR2 值从 50 欧姆开始，而 DDR3 值从 20 欧姆开始。
DDR3 提供了一系列技术改进，强调更快的速度和改进的性能。DDR3 设备专为高速信号传输而设计。具有更多功率和接地球的改进引脚排列可提供更好的功率传输。
改进的电源和滚球分配与改进的信号参考相结合，以提高信号质量。DDR3 D/Qarray 减少了 D/Q 偏斜并收紧了 D/Q 时序。完全填充的球栅提高了机械可靠性。
由于 DDR3 的带宽是 DDR2 的两倍，因此 DDR3 的速度会在 DDR2 停止的地方上升。DDR3 速度从 800Mbps 开始，可达 1,600Mbps。当考虑到 64 位总线带宽时，DDR3 达到 6,400-12,800 Mtransfers/s 的速度。
DDR3 的电源电压已降至 1.5V，与标准 1.8V DDR2 相比降低了不到 20%。这对于移动计算等较低数据速率的应用尤为重要。在功率比性能更重要的移动计算应用中，节能 15-20% 意义重大。DDR3 的低功耗同样有利于笔记本电脑应用。
与 DDR2 的 18 欧姆驱动器相比，DDR3 的 34 欧姆驱动器针对每通道两个模块和点对点系统进行了优化。DDR3SDRAM 驱动器还通过电容减少、动态片上终端 (ODT) 和新的校准方案得到增强。
为了减少组合输出驱动器/终端驱动器的输入电容，DDR3 实现了合并驱动器。该驱动程序使用相同的上拉和下拉驱动程序结构的组合来启用多个终止值。
事实上，合并驱动器显着的优势是它能够通过重复使用这些结构来减少电容——这是与 DDR2 的一个关键区别，DDR2 对输出驱动器和终端驱动器阻抗使用单独的结构。
新特性
DDR3 的新动态 ODT 特性可以灵活地针对不同负载条件优化终止值，从而提高信号完整性。
它还提供了一种管理终端功耗的方法。动态 ODT 使 DDR3 设备能够在向不同模块发出的写入命令之间无缝更改终端值。这是 DDR2 系统不具备的功能，DDR2 系统需要总线空闲时间来更改同一设备上的终止值。
主重置是 DDR3 的一项新功能。此功能通过消除未知的启动状态并确保已知的初始化和恢复状态来提高系统稳定性。这消除了控制器确保没有给出非法命令的负担。
这个新功能可以清除 DDR3 内存设备中的所有状态信息，而无需单独重置每个控制寄存器或关闭设备电源。当使设备进入已知状态时，这可以节省时间和电力。DDR3 重置适用于冷启动和热启动。
DDR3 初针对计算和图形密集型应用程序，例如高端台式 PC 和工作站，在这些应用程序中必须处理大量信息以创建栩栩如生的图像以增强用户体验。其附加和写入延迟方案还将提高服务器应用程序中的命令总线效率。
该领域的 DDR3 需求明年可能会开始增长。笔记本电脑对 DDR3 的需求明年也有望加速增长，这主要是因为其较低的系统功率需求。