主题 : 百科解释,DDR,DDR2,DDR3,DDR4详细介绍
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0 百科解释,DDR,DDR2,DDR3,DDR4详细介绍

DDR显存分为两种,一种是大家习惯上的DDR内存,严格的说DDR应该叫DDR SDRAM。另外一种则是DDR SGRAM,此类显存应用较少、不多见。

  DDR SDRAM
  人们习惯称DDR SDRAM为DDR。DDR SDRAM是Double Data Rate SDRAM的缩写,是双倍速率同步动态随机存储器的意思。DDR SDRAM是在SDRAM基础上发展而来的,仍然沿用SDRAM生产体系,因此对于内存厂商而言,只需对制造普通SDRAM的设备稍加改进,即可实现 DDR内存的生产,可有效的降低成本。

  SDRAM在一个时钟周期内只传输一次数据,它是在时钟的上升期进行数据传输;而DDR内存则是一个时钟周期内传输两次次数据,它能够在时钟的上升期和下降期各传输一次数据,因此称为双倍速率同步动态随机存储器。DDR内存可以在与SDRAM相同的总线频率下达到更高的数据传输率。

  与SDRAM相比:DDR运用了更先进的同步电路,使指定地址、数据的输送和输出主要步骤既独立执行,又保持与CPU完全同步;DDR使用了DLL(Delay Locked Loop,延时锁定回路提供一个数据滤波信号)技术,当数据有效时,存储控制器可使用这个数据滤波信号来精确定位数据,每16次输出一次,并重新同步来自不同存储器模块的数据。DDL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 SDRA的两倍。DDR SDRAM是目前应用最为广泛的显存类型,90%以上的显卡都采用此类显存。

  DDR SGRAM
  DDR SGRAM是从SGRAM发展而来,同样也是在一个时钟周期内传输两次次数据,它能够在时钟的上升期和下降期各传输一次数据。可以在不增加频率的情况下把数据传输率提高一倍。DDR SGRAM在性能上要强于DDR SDRAM,但其仍旧在成本上要高于DDR SDRAM,只在较少的产品上得到应用。而且其超频能力较弱,因其结构问题超频容易损坏。

DDR2显存

  DDR2显存可以看作是DDR显存的一种升级和扩展,DDR2显存把DDR显存的“2bit Prefetch(2位预取)”技术升级为“4 bit Prefetch(4位预取)”机制,在相同的核心频率下其有效频率比DDR显存整整提高了一倍,在相同显存位宽的情况下,把显存带宽也整整提高了一倍,这对显卡的性能提升是非常有益的。从技术上讲,DDR2显存的DRAM核心可并行存取,在每次存取中处理4个数据而非DDR显存的2个数据,这样DDR2 显存便实现了在每个时钟周期处理4bit数据,比传统DDR显存处理的2bit数据提高了一倍。相比DDR显存,DDR2显存的另一个改进之处在于它采用 144Pin球形针脚的FBGA封装方式替代了传统的TSOP方式,工作电压也由2.5V降为1.8V。

  由于DDR2显存提供了更高频率,性能相应得以提升,但也带来了高发热量的弊端。加之结构限制无法采用廉价的TSOP封装,不得不采用成本更高的BGA封装(DDR2的初期产能不足,成本问题更甚)。发热量高、价格昂贵成为采用DDR2显存显卡的通病,如率先采用DDR2显存的的GeForce FX 5800/5800Ultra系列显卡就是比较失败的产品。基于以上原因,DDR2并未在主流显卡上广泛应用。

DDR3显存

  DDR3显存可以看作是DDR2的改进版,二者有很多相同之处,例如采用1.8V标准电压、主要采用144Pin球形针脚的FBGA封装方式。不过DDR3核心有所改进:DDR3显存采用0.11微米生产工艺,耗电量较DDR2明显降低。此外,DDR3显存采用了“Pseudo Open Drain”接口技术,只要电压合适,显示芯片可直接支持DDR3显存。当然,显存颗粒较长的延迟时间(CAS latency)一直是高频率显存的一大通病,DDR3也不例外,DDR3的CAS latency为5/6/7/8,相比之下DDR2为3/4/5。客观地说,DDR3相对于DDR2在技术上并无突飞猛进的进步,但DDR3的性能优势仍比较明显:

  (1)功耗和发热量较小:吸取了DDR2的教训,在控制成本的基础上减小了能耗和发热量,使得DDR3更易于被用户和厂家接受。
  (2)工作频率更高:由于能耗降低,DDR3可实现更高的工作频率,在一定程度弥补了延迟时间较长的缺点,同时还可作为显卡的卖点之一,这在搭配DDR3显存的显卡上已有所表现。
  (3)降低显卡整体成本:DDR2显存颗粒规格多为4M X 32bit,搭配中高端显卡常用的128MB显存便需8颗。而DDR3显存规格多为8M X 32bit,单颗颗粒容量较大,4颗即可构成128MB显存。如此一来,显卡PCB面积可减小,成本得以有效控制,此外,颗粒数减少后,显存功耗也能进一步降低。
  (4)通用性好:相对于DDR变更到DDR2,DDR3对DDR2的兼容性更好。由于针脚、封装等关键特性不变,搭配DDR2的显示核心和公版设计的显卡稍加修改便能采用DDR3显存,这对厂商降低成本大有好处。

  目前,DDR3显存在新出的大多数中高端显卡上得到了广泛的应用。

DDR4

  DDR4内存峰会

  据介绍美国JEDEC将会在不久之后启动DDR4内存峰会,而这也标志着DDR4标准制定工作的展开。一般认为这样的会议召开之后新产品将会在3年左右的时间内上市,而这也意味着我们将可能在2011年的时候使用上DDR4内存,最快也有可能会提前到2010年。

  JEDEC表示在7月份于美国召开的存储器大会MEMCON07SanJose上时就考虑过 DDR4内存要尽可能得继承DDR3内存的规格。使用Single-endedSignaling( 传统SE信号)信号方式则表示64-bit存储模块技术将会得到继承。不过据说在召开此次的DDR4峰会时,DDR4 内存不仅仅只有Single-endedSignaling方式,大会同时也推出了基于微分信号存储器标准的DDR4内存。

  DDR4规格

  因此DDR4内存将会拥有两种规格。其中使用Single-endedSignaling信号的DDR4内存其传输速率已经被确认为 1.6~3.2Gbps,而基于差分信号技术的DDR4内存其传输速率则将可以达到6.4Gbps。由于通过一个DRAM实现两种接口基本上是不可能的,因此DDR4内存将会同时存在基于传统SE信号和微分信号的两种规格产品。

  根据多位半导体业界相关人员的介绍,DDR4内存将会是Single- endedSignaling( 传统SE信号)方式DifferentialSignaling( 差分信号技术 )方式并存。其中AMD公司的PhilHester先生也对此表示了确认。预计这两个标准将会推出不同的芯片产品,因此在DDR4内存时代我们将会看到两个互不兼容的内存产品.

DDR3内存详细介绍!
  DDR3可以看作DDR2的改进版。与DDR2相比:

   a. 工作电压与频率:
    DDR3相比起DDR2有更低的工作电压, 从DDR2的1.8V降落到1.5V,性能更好更为省电;DDR3目前最高能够可以达到1600Mhz的速度,目前最为快速的DDR2内存速度为800Mhz/1066Mhz。

    b. 逻辑Bank数量:
    DDR2 SDRAM中有4Bank和8Bank的设计,目的就是为了应对未来大容量芯片的需求。而DDR3很可能将从2Gb容量起步,因此起始的逻辑Bank就是8个,另外还为未来的16个逻辑Bank做好了准备。

    c. 封装(Packages):
    DDR3由于新增了一些功能,所以在引脚方面会有所增加,8bit芯片采用78球FBGA封装,16bit芯片采用96球FBGA封装,而DDR2则有60/68/84球FBGA封装三种规格。并且DDR3必须是绿色封装,不能含有任何有害物质。

    d. 突发长度(BL,Burst Length)
    由于DDR3的预取为8bit,所以突发传输周期(BL,Burst Length)也固定为8,而对于DDR2和早期的DDR架构的系统,BL=4也是常用的,DDR3为此增加了一个4-bit Burst Chop(突发突变)模式,即由一个BL=4的读取操作加上一个BL=4的写入操作来合成一个BL=8的数据突发传输,届时可通过A12地址线来控制这一突发模式。而且需要指出的是,任何突发中断操作都将在DDR3内存中予以禁止,且不予支持,取而代之的是更灵活的突发传输控制(如4bit顺序突发)。

    e. 寻址时序(Timing)
    就像DDR2从DDR转变而来后延迟周期数增加一样,DDR3的CL周期也将比DDR2有所提高。DDR2的CL范围一般在2至5之间,而DDR3则在5 至11之间,且附加延迟(AL)的设计也有所变化。DDR2时AL的范围是0至4,而DDR3时AL有三种选项,分别是0、CL-1和CL-2。另外,DDR3还新增加了一个时序参数——写入延迟(CWD),这一参数将根据具体的工作频率而定。

    此外,DDR3内存还有部分DDR2内存所不具备的功能,正是这些,让DDR3内存的表现有了根本性的提高:

    a. 重置(Reset)
    重置是DDR3新增的一项重要功能,并为此专门准备了一个引脚。DRAM业界已经很早以前就要求增这一功能,如今终于在DDR3身上实现。这一引脚将使 DDR3的初始化处理变得简单。当Reset命令有效时,DDR3内存将停止所有的操作,并切换至最少量活动的状态,以节约电力。在Reset期间,DDR3内存将关闭内在的大部分功能,所以有数据接收与发送器都将关闭。所有内部的程序装置将复位,DLL(延迟锁相环路)与时钟电路将停止工作,而且不理睬数据总线上的任何动静。这样一来,将使DDR3达到最节省电力的目的。

    b. ZQ校准
    ZQ也是一个新增的脚,在这个引脚上接有一个240欧姆的低公差参考电阻。这个引脚通过一个命令集,通过片上校准引擎(ODCE,On-Die Calibration Engine)来自动校验数据输出驱动器导通电阻与ODT的终结电阻值。当系统发出这一指令之后,将用相应的时钟周期(在加电与初始化之后用512个时钟周期,在退出自刷新操作后用256时钟周期、在其他情况下用64个时钟周期)对导通电阻和ODT电阻进行重新校准。

    c. 参考电压分成两个
    对于内存系统工作非常重要的参考电压信号VREF,在DDR3系统中将分为两个信号。一个是为命令与地址信号服务的VREFCA,另一为数据总线服务的VREFDQ,它将有效的提高系统数据总线的信噪等级。

    d. 根据温度自动自刷新(SRT,Self-Refresh Temperature)
    为了保证所保存的数据不丢失,DRAM必须定时进行刷新,DDR3也不例外。不过,为了最大的节省电力,DDR3采用了一种新型的自动自刷新设计(ASR,Automatic Self-Refresh)。当开始ASR之后,将通过一个内置于DRAM芯片的温度传感器来控制刷新的频率,因为刷新频率高的话,消电就大,温度也随之升高。而温度传感器则在保证数据不丢失的情况下,尽量减少刷新频率,降低工作温度。不过DDR3的ASR是可选设计,并不见得市场上的DDR3内存都支持这一功能,因此还有一个附加的功能就是自刷新温度范围(SRT,Self-Refresh Temperature)。通过模式寄存器,可以选择两个温度范围,一个是普通的的温度范围(例如0℃至85℃),另一个是扩展温度范围,比如最高到 95℃。对于DRAM内部设定的这两种温度范围,DRAM将以恒定的频率和电流进行刷新操作。

    e. 局部自刷新(RASR,Partial Array Self-Refresh)
    这是DDR3的一个可选项,通过这一功能,DDR3内存芯片可以只刷新部分逻辑Bank,而不是全部刷新,从而最大限度的减少因自刷新产生的电力消耗。这一点与移动型内存(Mobile DRAM)的设计很相似。

    f. 点对点连接(P2P,Point-to-Point)
    这是为了提高系统性能而进行了重要改动,也是与DDR2系统的一个关键区别。在DDR3系统中,一个内存控制器将只与一个内存通道打交道,而且这个内存通道只能一个插槽。因此内存控制器与DDR3内存模组之间是点对点(P2P,Point-to-Point)的关系(单物理Bank的模组),或者是点对双点(P22P,Point-to-two-Point)的关系(双物理Bank的模组),从而大大减轻了地址/命令/控制与数据总线的负载。而在内存模组方面,与DDR2的类别相类似,也有标准DIMM(台式PC)、SO-DIMM/Micro-DIMM(笔记本电脑)、FB-DIMM2(服务器)之分,其中第二代FB-DIMM将采用规格更高的AMB2(高级内存缓冲器)。不过目前有关DDR3内存模组的标准制定工作刚开始,引脚设计还没有最终确定。  

    此外,DDR3还在功耗管理,多用途寄存器方面有不少新的设计。

一、DDR3内存为业界而生
  电脑配件不断地重复着升级换代的规律,当主流产品服役一定的周期后,下一代产品必将扮演着未来接班人的角色,不断地为PC注入新鲜血液,让PC保持着强劲的活力作为人类最亲密的计算及娱乐工具。DDR3内存与其说是为了满足PC硬件系统中CPU对内存带宽的要求,不如说是为了业界更新换代的自然规律而生,下面我们先来看看DDR3内存有了哪些新的特点。

  ● 提升带宽是DDR3内存的核心使命
  这一点无疑是DDR3最为突出的PC使命,简单地说,DDR3面世就是为了进一步地提升内存带宽,为FSB越来越高的CPU提供足够的匹配指标。DDR2 内存其频率需要可以达到1066MHz这样的极端频率,但它的良率及成本都不理想,这种玩家级的产品没法进入到市场主流。

  ● 提升带宽是DDR3内存的核心使命
  要用低成本切入到更高的频率的话,新一代的解决方案必将出台,这就是DDR3内存了。从技术指标上看,DDR3内存的起跑频率就已经是在1066MHz 了,尽管延时参数方面没法与DDR2内存相抗衡,但是将来推出的1600/2000MHz产品的内存带宽肯定大幅度抛离DDR2内存,以DDR3 2000MHz为例,其带宽可以达到16GB/s(双通道内存方案则可以达到32GB/s的理论带宽值),所以将来DDR3内存肯定成为用户唯一的高带宽选择。

  ● 小知识:DDR3内存提升频率的关键技术
  其实DDR3内存提升有效频率的关键依然是旧招数,就是提高预取设计位数,这与DDR2采用的提升频率的方案是类似的。我们知道,DDR2的预取设计位数是4Bit,也就是说DRAM内核的频率只有接口频率的1/4,所以DDR2-800内存的核心工作频率为200MHz的,而DDR3内存的预取设计位数提升至8Bit,其DRAM内核的频率达到了接口频率的1/8,如此一来同样运行在200MHz核心工作频率的DRAM内存就可以达到1600MHz的等值频率,这种“翻倍”的效果在DDR3上依然非常有效。

  ● 降低功耗为业界造福
  如果说2006年是CPU双核元年的话,那么2007年则可以说是PC的功耗年,因为本年有太多关系功耗性能比的宣传,从环保角度去看,降低功耗对业界是有着实实在在的贡献的,全球的PC每年的耗电量相当惊人,即使是每台PC减低1W的幅度,其省电量都是非常可观的。

  ● 降低功耗为业界造福
  DDR3内存在达到高带宽的同时,其功耗反而可以降低,其核心工作电压从DDR2的1.8V降至1.5V,相关数据预测DDR3将比现时DDR2节省 30%的功耗,当然发热量我们也不需要担心。就带宽和功耗之间作个平衡,对比现有的DDR2-800产品,DDR3-800、1066及1333的功耗比分别为0.72X、0.83X及0.95X,不但内存带宽大幅提升,功耗表现也比上代更好。

  二、DDR3与DDR2有什么不同之处?
  我们先来看一看技术规格对比表,从表中可以看到DDR3内存相对于DDR2内存,其实只是规格上的提高,并没有真正的全面换代的新架构。

DDR1DDR2DDR3
电压 VDD/VDDQ2.5V/2.5V1.8V/1.8V
(+/-0.1) 1.5V/1.5V
(+/-0.075)
I/O接口SSTL_25SSTL_18SSTL_15
数据传输率(Mbps)200~400400~800800~2000
容量标准64M~1G256M~4G512M~8G
Memory Latency(ns)15~2010~2010~15
CL值1.5/2/2.5/33/4/5/65/6/7/8
预取设计(Bit)248
逻辑Bank数量2/44/88/16
突发长度2/4/84/88
封装TSOPFBGAFBGA
引脚标准184Pin DIMM240Pin DIMM240Pin DIMM

  1、逻辑Bank数量
DDR2 SDRAM中有4Bank和8Bank的设计,目的就是为了应对未来大容量芯片的需求。而DDR3很可能将从2Gb容量起步,因此起始的逻辑Bank就是8个,另外还为未来的16个逻辑Bank做好了准备。

  2、封装(Packages)
DDR3由于新增了一些功能,所以在引脚方面会有所增加,8bit芯片采用78球FBGA封装,16bit芯片采用96球FBGA封装,而DDR2则有60/68/84球FBGA封装三种规格。并且DDR3必须是绿色封装,不能含有任何有害物质。

  3、突发长度(BL,Burst Length)
由于DDR3的预取为8bit,所以突发传输周期(BL,Burst Length)也固定为8,而对于DDR2和早期的DDR架构的系统,BL=4也是常用的,DDR3为此增加了一个4-bit Burst Chop(突发突变)模式,即由一个BL=4的读取操作加上一个BL=4的写入操作来合成一个BL=8的数据突发传输,届时可通过A12地址线来控制这一突发模式。而且需要指出的是,任何突发中断操作都将在DDR3内存中予以禁止,且不予支持,取而代之的是更灵活的突发传输控制(如4bit顺序突发)。

  4、寻址时序(Timing)
就像DDR2从DDR转变而来后延迟周期数增加一样,DDR3的CL周期也将比DDR2有所提高。DDR2的CL范围一般在2至5之间,而DDR3则在5 至11之间,且附加延迟(AL)的设计也有所变化。DDR2时AL的范围是0至4,而DDR3时AL有三种选项,分别是0、CL-1和CL-2。另外,DDR3还新增加了一个时序参数——写入延迟(CWD),这一参数将根据具体的工作频率而定。

  三、DDR3内存优势何在

  DDR3除了拥有更高的内存带宽外,其实在延迟值方面也是有提升的。不少消费者均被CAS延迟值数值所误导,认为DDR3内存的延迟表现将不及DDR2。但相关专家指出这是完全错误的观念,要计算整个内存模块的延迟值,还需要把内存颗粒的工作频率计算在内。事实上,JEDEC规定DDR2-533的CL 4-4-4、DDR2-667的CL 5-5-5及DDR2-800的CL6-6-6,其内存延迟时间均为15ns。

  延迟同样也有提升
  CAS Latency(CL)是指内存需要经过多少个周期才能开始读写数据,从前面的DDR/DDR2/DDR3规格表我们可以知道,DDR3的CAS Latency(CL)将在5~8之间,相比现在DDR2的3~6又要高出很多。

  目前DDR3-1066、DDR3-1333和DDR3-1600的CL值分别为7-7-7、8-8-8及9-9-9,把内存颗粒工作频率计算在内,其内存模块的延迟值应为13.125ns、12ns及11.25ns,相比DDR2内存模块提升了约25%,因此消费者以CAS数值当成内存模块的延迟值是不正确的。

  四、首批上市的DDR3内存拥有哪些规格
  ● 频率从1066MHz起跑
  目前内存厂商规划中生产的型号包括了DDR3 800/1066MHz/1333/1600/2000等,从目前的情况来看,DDR3 1066MHz频率与1333MHz频率这两种型号的市场需求量是相对较大的,而其良率方面也正在不断地提升,在性能上虽然没能大幅度抛离DDR2,但是拥有DDR3新一代内存的称号足以让其成为取代DDR2的有力武器。

  ● 1G容量成为主流
  而在容量方面,由于2007年上半年内存芯片价格体系整体下调过快,在容量方面目前主流型号已经是1G,所以更多的内存厂商把DDR3内存的起跑容量定为 1G,当然512M容量的型号也会上市,但肯定不会是主流型号,因为DDR3内存要在国内流行的话,至少也要推进至2008年,那时候1G容量已经是基本要求,大规模生产512M容量内存显然不是明智之举。
  而在单条2G容量内存方面,由于Intel与AMD的下一代平台依然是支持目前流行的双通道内存方案,所以单条2G*2(总容量4G)容量内存方案乐观估计也要到2009年才有望开始流行,由于操作系统方面的限制,32位操作系统没法识别4G容量内存,所以内存厂商生产DDR3内存的主力型号不会出现在 2G容量身上,除非内存的供需关系真的完全倾斜令到2G容量内存跌破用户心理线,否则2G容量内存不会得到内存厂商的青睐。

  ● DDR3主板已经发售
  其实DDR3内存流行的决定性因素是主流主板的支持情况,只有当主流的主板都支持DDR3内存时,DDR3内存才能形成销售规模,其价格自然也慢慢地进入主流消费层次。当然,对于DDR3这种潮流的IT产品,最热衷推崇的还是业界大哥Intel,目前发布的下一代主板芯片组X38、P35、G33均支持 DDR3内存。

  主板厂商方面,支持DDR3内存的主板也在最近频繁露面,像华硕、技嘉、微星、Intel等都推出了自家的 DDR3内存主板。而AMD方面,由于集成内存控制器,所以无论是从DDR到DDR2,还是从DDR2到DDR3,其推进速度都是显得比Intel“慢半拍”。不过不管如何,AMD始终都是会跟随着业界大方向行动的,事实上AMD一直都是这样做。

  ● DDR3价格注定从天价起步
  任何新产品在进入市场初期都不会有什么平易近人的价格,从目前一些内存厂商所公布的价格来看,典型的DDR3 1066MHz 1G内存的价格要1500元以上。也就是说,要组建双通道DDR3 1G*2的方案就要花费至少3000元以上,这个价格对于目前欢天喜地的DDR2内存价格比较的话,无疑是天价。

  当然,再高贵的新产品最终也是要走到普通市场的,DDR3内存要进入到主流市场,保守估计也要到2009年,那时候,白菜价的DDR3内存才有可能出现。
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