DDR2技术简介

DDRII内存技术详解

由于DDRII是在DDR-I的基础之上发展而来的，所以谈到DDRII，我们先简单说说DDR-I。DDR-I全名为Double Data Rate SDRAM ，简称为DDR，也称SDRAM Ⅱ，是SDRAM的更新产品。虽说DDR 的核心建立在SDRAM的基础上，但在速度和容量上有了提高。首先，它使用了更多、更先进的同步电路。其次，DDR使用了Delay-Locked Loop (DLL，延时锁定回路)来提供一个数据滤波信号。当数据有效时，存储器控制器可使用这个数据滤波信号来精确定位数据，每16位输出一次，并且同步来自不同的双存储器模块的数据。DDR 本质上不需要提高时钟频率就能加倍提高SDRAM的速度，它允许在时钟脉冲的上升沿和下降沿读出数据，因而其速度是标准SDRAM的两倍。至于地址与控制信号则与传统SDRAM相同，仍在时钟上升沿进行传输。此外，传统SDRAM 的DQS接脚则用来在写入数据时做数据遮罩用。由于数据、数据控制信号与DM同步传输，不会有某个数据传输较快，而另外的数据传输较慢的skew以及Flight Tim e不相同的问题。此外，DDR 的设计可让内存控制器每一组DQ/DQS/DM与DIMM 上的颗粒相接时，维持相同的负载，减少对主板的影响。在内存架构上，传统SDRAM 属于×8组式，即内存核心中的I/O寄存器有8位数据I/O，但对于×8组的DDR SDRAM而言，内存核心中的I/O寄存器却是16位的，即在时钟信号上升沿时输出8位数据，在下降沿再输出8位数据，一个时钟周期总共可传输16位数据。为了保持较高的数据传输率，电气信号必须要求能较快改变，因此，DDR 改为支持电压为2.5V的SSTL2信号标准。尽管DDR的内存条依然保留原有的尺寸，但是插脚的数目已经从168Pin增加到184Pin了。

由于DDR-I架构的局限性，当频率达到400MHz后，就很难再有所提升，所以很快就推出了DDR-Ⅱ。相对来说，作为DDR的接班人的DDR-Ⅱ在总体仍保留了DDR-I的大部分特性，相对DDR-I的设计变动并不大，主要进行了以下几点改进：

1、改进针脚设计

虽说DDR-Ⅱ是在DDR的基础之上改进而来的，外观、尺寸上与目前的DDR内存几乎一样，但为了保持较高的数据传输率，适合电气信号的要求，DDR-Ⅱ对针脚进行重新定义，采用了双向数据控制针脚，针脚数也由DDR的184Pin变为240Pin(注：DDR-II针脚数量有200Pin、220Pin、240Pin 三种，其中240Pin的DDR-Ⅱ将用于桌面PC系列。)

2、更低的工作电压

由于DDR-II内存使用更为先进的制造工艺（DDRII内存将采用0.09微米的制作工艺，其内存容量可以达到1GB到2GB，而随后DDRII内存将会在制造上进一步提升为更加先进的0.065微米制作工艺，这样DDRII内存的容量可以达到4GB。）和对芯片核心的内部改进，DDRII内存将把工作电压降到1.8V，这就预示着DDRII内存的功耗和发热量都会在一定程度上得以降低：在533MHz频率下的功耗只有304毫瓦（而DDR在工作电压为2.5V，在266MHZ下功耗为418毫瓦）。不过降低工作电压也来了一个问题：在DDR2初始的200-266MHz的时钟速度上，当模块中组装了32个DRAM芯片时，由于DDR2的核心电压只有1.8V，使得DDR2的边沿斜率比DDR慢。边沿斜率降低的结果是：同一个更高的电压信号相比，电压信号上升时间加长，这加大了制造上的难度。

3、更小的封装

目前DDR内存主要采用TSOP-Ⅱ封装,而在DDRⅡ时代，TSOP-Ⅱ封装将彻底退出内存封装市场，改用更先进的CSP（FBGA）无铅封装技术，它是比TSOP-Ⅱ更为贴近芯片尺寸的封装方法，并且由于在晶圆上就做好了封装布线，在可靠性方面可以达到了更高的水平。DDR II将有两种封装形式，如果数据位宽是4bit/8bit，则采用64-ball的FBGA封装，数据位宽是16bit，则采用84-ball的FBGA封装。

4、更低的延迟时间

在DDR2中，整个内存子系统都重新进行了设计，大大降低了延迟时间，延迟时间介于1.8ns到2.2ns之间（由厂商根据工作频率不同而设定），远低于DDR的2.9ns。由于延迟时间的降低，从而使DDR2可以达到更高的频率，最高可以达到1GHz以上的有效频率。而DDR1由于已经接近了其物理极限，其延迟时间无法进一步降低，这也是为什么DDR1的最大运行频率不能再有效提高的原因之一。

5、采用了4bit Prefect架构

DDR-Ⅱ在DDR的基础上之上新增4位数据预取的特性，这也是DDR II的关键技术之一。现在的DRAM内部都采用了4bank的结构，内存颗粒内部单元我们称之为Cell，它是由一组Memory Cell Array构成，也就是内存单元队列。目前内存颗粒的频率分成三种，一种是DRAM核心频率，一种是时钟频率，还有一种是数据传输率。

在SDRAM中，SDRAM也就是同步DRAM，它的数据传输率是和时钟周期同步的，SDRAM的DRAM核心频率和时钟频率以及数据传输率都一样。以PC-133SDRAM为例，它的核心频率/时钟频率/数据传输率分别是133MHz/133MHz/133Mbps。

在DDR I SDRAM中，核心频率和时钟频率是一样的，而数据传输率是时钟频率的两倍，关于这点我们都已经非常的清楚了，DDR也就是Double data rating内存可以在每个时钟周期的上升延和下降延传输数据，也就是一个时钟周期可以传输2bit数据，因此DDR I的数据传输率是时钟频率的两倍。以DDR266 SDRAM为例，它的核心频率/时钟频率/数据传输率分别是133MHz/133MHz/266Mbps。目前JEDEC标准中的DDR I SDRAM的最高标准是DDR400，它的核心频率/时钟频率/数据传输率分别是200MHz/200MHz/400Mbps。颗粒内部的基本组成单元cell的工作频率为

200MHz，这个频率再提高会带来稳定性和成本方面的问题。

而在DDR II SDRAM中，核心频率和时钟频率已经不一样了，由于DDR II采用了4bit Prefetch技术。Prefetch可以意译为"数据预取"技术，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，如DDR I为2bit Prefetch，因此DDR I的数据传输率是核心Cell工作频率的两部。DDR II采用了4bit Prefetch架构，也就是它的数据传输率是核心工作频率的四倍。实际上数据先输入到I/O缓冲寄存器，再从I/O寄存器输出。DDR II 400 SDRAM的核心频率/时钟频率/数据传输率分别是100MHz/200MHz/400Mbps。大家要注意的是，DDR II 400 SDRAM的核心频率和DDR I 200是一样的，但是DDR II 400的数据传输率比DDR I 200的两倍。因此，DDR-Ⅱ虽然实现了4-bit预取，但在实际效能上，与DDR是一样的。因此在相同的核心频率下，DDR-Ⅱ达到了两倍于DDR的的带宽的水平有一个前提条件，那就是DDR-Ⅱ的外部时钟频率也是DDR和SDRAM 的两倍。

6、OCD功能

OCD的英文全称为Off-Chip Driver，译为离线驱动调校，DDR-Ⅱ加入了可选的OCD功能OCD的主要用意在于调整I/O接口端的电压，来补偿上拉与下拉电阻值，从而可以提高信号的完整性。DDR II主要通过调整上拉（pull-up）/下拉（pull-down）的电阻值使DQS低电平/DQ高电平时电压相等，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，从而减少DQ-DQS的倾斜来提高信号的完整性及控制电压来提高信号品质。不过，由于在一般情况下普通台式机对应用环境稳定程度并不太高，只要存在差分DQS时就基本可以保证同步的准确性，因此OCD功能在普通台式机上并没有什么作用，其优点主要体现在服务器领域。