一文读懂SDRAM内存模组与基本概念

 

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本文可以了解什么？

1. DDR-DDR4内存模块的差异以及对比；
2. 逻辑BANK的概念与定义；
3. 芯片的位宽的解释。

下图是DDR3的PHY IP Core的定义规范。

DDR-DDR4的物理结构差异

首先，我们来对比一下DDR, DDR2, DDR3 SDRAM, and DDR4 SDRAM物理结构上的差别，如下图所示。

下表是SDRAM-DDR4前后的电压，时钟，速率的对比详图。

SDRAM, DDR1, DDR2, DDR3以及DDR4对比表

 

逻辑BANK与芯片位宽

我们平时看到的SDRAM都是以模组形式出现，即便是手机或者pad中的内存单元，一般一会是好几颗，为什么要做成这种形式呢？要解释这个问题，首先要接触到两个概念：物理Bank与芯片位宽。

1、逻辑Bank

简单地说，SDRAM的内部是一个存储阵列。由于采用管道式存储（如同排队买票），就很难做到随机访问了。

阵列就如同表格一样，将数据“填”进去，你可以它想象成一张表格。和表格的检索原理一样，先指定一个行（Row），再指定一个列（Column），我们就可以准确定位所需要的单元格，这就是内存芯片寻址的基本原理。对于内存来说，这个单元格可称为存储单元，那么这个表格（存储阵列）我们就称之为逻辑Bank（Logical Bank）。

由于SDRAM的工作原理限制，单一的逻辑Bank将会造成非常严重的寻址冲突，大幅降低内存效率，因此由于技术、成本等各方面原因，不可能一颗芯片只做一个全容量的逻辑Bank。所以架构师在SDRAM内部分割成多个L-Bank，在DDR2的标准中，逻辑Bank的数量是8个。

这样一来，在进行寻址时就要先确定是哪个逻辑Bank，然后再在这个选定的逻辑Bank中选择相应的行与列定位内存单元进行寻址。可见对内存的访问，一次只能是一个逻辑Bank工作，而每次交换的数据就是逻辑Bank存储阵列中一个“存储单元”的容量。

2、芯片位宽

传统内存系统为了保证CPU的正常工作，必须一次传输完CPU在一个传输周期内所需要的数据。而CPU在一个传输周期能接受的数据容量就是CPU数据总线的位宽，单位是bit（位）。当时控制内存与CPU之间数据交换的芯片也因此将内存总线的数据位宽等同于CPU数据总线的位宽，内存的位宽需要与CPU对应，才能正常运行。

SDRAM内存系统必须要组成一个物理Bank的位宽，才能使CPU正常工作，那么这个物理Bank位宽怎么得到呢？这就涉及到了内存芯片的结构。

每个内存芯片也有自己的位宽，即每个传输周期能提供的数据量。理论上，完全可以做出一个位宽为64bit的芯片来满足物理Bank的需要，但这对技术的要求很高，在成本和实用性方面也都处于劣势。所以芯片的位宽一般都较小。对于台式机市场所用的SDRAM芯片位宽最高也就是16bit，常见的则是8bit。这样，为了组成物理Bank所需的位宽，就需要多颗芯片并联工作。对于16bit芯片，需要4颗（4×16bit=64bit）。对于8bit芯片，则就需要8颗了。

这样大概可以说清楚芯片位宽、芯片数量与物理Bank的关系。物理Bank其实就是一组内存芯片的集合，这个集合的容量不限，但这个集合的总位宽必须与CPU数据位宽相符。