内存应用技巧指南 DDR2内存技术之概论篇

自从今年下半年AMD发布了支持DDR2 内存的AM2处理器后，DDR2的时代就真正到来了。而一直被称为高频低能的DDR2内存又如何抢占了DDR的市场，成为目前销量最大，卖场中最受欢迎的内存呢?让我们来一同分析一下。

DDR与DDR2内存

　　DDR2(Double Data Rate 2)SDRAM是由JEDEC(电子设备工程联合委员会)进行开发的新生代内存技术标准，它与上一代DDR内存技术标准最大的不同就是，虽然同是采用了在时钟的上升/下降延同时进行数据传输的基本方式，但DDR2内存却拥有两倍于上一代DDR内存预读取能力(即:4bit数据读预取)。换句话说，DDR2内存每个时钟能够以4倍外部总线的速度读/写数据，并且能够以内部控制总线4倍的速度运行。

　　此外，由于DDR2标准规定所有DDR2内存均采用FBGA封装形式，而不同于目前广泛应用的TSOP/TSOP-II封装形式，FBGA封装能提供更为良好的电气性能与散热性能，为DDR2内存的稳定工作与未来频率的发展提供了坚实的基础。回想起DDR的发展历程，从第一代应用到个人 电脑的DDR200经过DDR266、DDR333到今天的双通道DDR400技术，第一代DDR的发展也走到了技术的极限，已经很难通过常规办法提高内存的工作速度;随着Intel最新处理器技术的发展，前端总线对内存带宽的要求是越来越高，拥有更高更稳定运行频率的DDR2内存将是大势所趋。

 

一、延迟问题

　　从上表可以看出，在同等核心频率下，DDR2的实际工作频率是DDR的两倍。这得益于DDR2内存拥有两倍于标准DDR内存的4BIT预读取能力。4bit Prefetch可以认为是端口数据传输率和内存Cell之间数据读/写之间的倍率，也就是把几个cell送来的数据进行排序。Prefetch的实现机制中，数据先输入到I/O缓冲寄存器，再从I/O寄存器输出。换句话说，虽然DDR2和DDR一样，都采用了在时钟的上升延和下降延同时进行数据传输的基本方式，但DDR2拥有两倍于DDR的预读取系统命令数据的能力。也就是说，在同样100MHz的工作频率下，DDR的实际频率为200MHz，而DDR2则可以达到400MHz。

　　这样也就出现了另一个问题:在同等工作频率的DDR和DDR2内存中，后者的内存延时要慢于前者。举例来说，DDR 200和DDR2-400具有相同的延迟，而后者具有高一倍的带宽。实际上，DDR2-400和DDR 400具有相同的带宽，它们都是3.2GB/s，但是DDR400的核心工作频率是200MHz，而DDR2-400的核心工作频率是100MHz，也就是说DDR2-400的延迟要高于DDR400。

二、封装和发热量

　　DDR2内存技术最大的突破点其实不在于用户们所认为的两倍于DDR的传输能力，而是在采用更低发热量、更低功耗的情况下，DDR2可以获得更快的频率提升，突破标准DDR的400MHz限制。

DDR与DDR2内存颗粒及针脚等细节对比

　　DDR内存通常采用TSOP芯片封装形式，这种封装形式可以很好的工作在200MHz上，当频率更高时，它过长的管脚就会产生很高的阻抗和寄生电阻，这会影响它的稳定性和频率提升的难度。这也就是DDR的核心频率很难突破275MHz的原因。而DDR2内存均采用FBGA封装形式。不同于目前广泛应用的TSOP封装形式，FBGA封装提供了更好的电气性能与散热性，为DDR2内存的稳定工作与未来频率的发展提供了良好的保障。

　　DDR2内存采用1.8V电压，相对于DDR标准的2.5V，降低了约50%，从而明显降低了功耗和发热量，这一点变化是意义重大的。想想看，谁不愿意让自己计算机内的硬件又凉快又省电呢？

除了以上所说的区别外，DDR2还引入了三项新的技术，它们是OCD、ODT和Post CAS。

　　OCD(Off-Chip Driver):也就是所谓的离线驱动调整。它是一些调整电压而平衡的I/O驱动电阻。DDR II通过调整上拉(Pull-up)/下拉(Pull-down)的电阻值使两者电压相等。也就是Pull-up=Pull-down。实现最少DQ-DQS畸变，改进了信号的完整性，并且通过控制overshoot、undershoot和I/O驱动电压校验，改进信号的质量。使用OCD通过减少DQ-DQS的倾斜来提高信号的完整性;通过控制电压来提高信号品质。

　　ODT:ODT是内建核心的终结电阻器。我们知道使用DDR SDRAM的 主板上面为了防止数据线终端反射信号需要大量的终结电阻。它大大增加了主板的制造成本。实际上，不同的内存模组对终结电路的要求是不一样的，终结电阻的大小决定了数据线的信号比和反射率，终结电阻小则数据线信号反射低但是信噪比也较低;终结电阻高，则数据线的信噪比高，但是信号反射也会增加。因此主板上的终结电阻并不能非常好的匹配内存模组，还会在一定程度上影响信号品质。DDR2可以根据自已的特点内建合适的终结电阻，这样可以保证最佳的信号波形。使用DDR2不但可以降低主板成本，还得到了最佳的信号品质，这是DDR不能比拟的。

　　Post CAS:它是为了提高DDR2内存的利用效率而设定的。在Post CAS操作中，CAS信号(读写/命令)能够被插到RAS信号后面的一个时钟周期，CAS命令可以在附加延迟(Additive Latency)后面保持有效。原来的tRCD(RAS到CAS和延迟)被AL(Additive Latency)所取代，AL可以在0，1，2，3，4中进行设置。由于CAS信号放在了RAS信号后面一个时钟周期，因此ACT和CAS信号永远也不会产生碰撞冲突。

　　在上图正常的操作中，此时的各项内存参数为:tRRD=2，tRCD=4，CL=4，AL=0，BL=4(BL就是突发数据长度，Burst Length)。我们看到tRRD(RAS到RAS的延迟)为两个时钟周期，tRCD(RAS到CAS的延迟)是四个时钟周期，因此在第四个时钟周期上面ACT(段激活)和CAS信号产生了碰撞，ACT向后移动一个时钟周期，因此大家可以看到后面的数据传输中间出现了一个时钟周期的BUBBLE。

　　在Post CAS操作中，CAS信号(读写/命令)能够被插到RAS信号后面的一个时钟周期，CAS命令可以在附加延迟(Additive Latency)后面保持有效。原来的tRCD(RAS到CAS和延迟)被AL(Additive Latency)所取代，AL可以在0，1，2，3，4中进行设置。从上图的时序可以看出，Post CAS和Additive Latency的好处。由于CAS信号放在了RAS信号后面一个时钟周期，因此ACT和CAS信号永远也不会产生碰撞冲突。

　　使用Post CAS加Additive Latency会带来三个好处:可以很容易的取消掉命令总线上的Collision(碰撞)现象;提高了命令和数据总线的效率;没有了Bubble，可以提高实际的内存带宽。