一文解析DDR三种频率

Efans2019年3月8日
通常大家所说的DDR-400、DDR2-800、DDR3-1600等,是业界约定俗成的等效频率。

通常大家所说的DDR-400、DDR2-800、DDR3-1600等,其实并非是内存的真正频率,而是业界约定俗成的等效频率,这些DDR1/2/3内存相当于老牌SDR内存运行在400MHz、800MHz、1600MHz时的带宽,因此频率看上去很夸张,其实真正的内核频率都只有200MHz而已!

内存有三种不同的频率指标,它们分别是核心频率、时钟频率和有效数据传输频率。核心频率即为内存Cell阵列(Memory Cell Array,即内部电容)的刷新频率,它是内存的真实运行频率;时钟频率即I/O Buffer(输入/输出缓冲)的传输频率;而有效数据传输频率就是指数据传送的频率(即等效频率)。

● SDR和DDR1/2/3全系列频率对照表:

通过上表就能非常直观的看出,近年来内存的频率虽然在成倍增长,可实际上真正存储单元的频率一直在133MHz-200MHz之间徘徊,这是因为电容的刷新频率受制于制造工艺而很难取得突破。而每一代DDR的推出,都能够以较低的存储单元频率,实现更大的带宽,并且为将来频率和带宽的提升留下了一定的空间。

● SDR和DDR1/2/3存储原理示意图:

虽然存储单元的频率一直都没变,但内存颗粒的I/O频率却一直在增长,再加上DDR是双倍数据传输,因此内存的数据传输率可以达到核心频率的8倍之多!通过下面的示意图就能略知一二:

那么,内存IO频率为什么能达到数倍于核心频率呢?

相信很多人都知道,DDR1/2/3内存最关键的技术就是分别采用了2/4/8bit数据预取技术(Prefetch),由此得以将带宽翻倍,与此同时I/O控制器也必须做相应的改进。

● DDR1/2/3数据预取技术原理:

预取,顾名思义就是预先/提前存取数据,也就是说在I/O控制器发出请求之前,存储单元已经事先准备好了2/4/8bit数据。简单来说这就是把并行传输的数据转换为串行数据流,我们可以把它认为是存储单元内部的Raid/多通道技术,可以说是以电容矩阵为单位的。

内存数据预取技术示意图:并行转串行

内存数据预取技术示意图:并行转串行

这种存储阵列内部的实际位宽较大,但是数据输出位宽却比较小的设计,就是所谓的数据预取技术,它可以让内存的数据传输频率倍增。试想如果我们把一条细水管安装在粗水管之上,那么水流的喷射速度就会翻几倍。

明白了数据预取技术的原理之后,再来看看DDR1/2/3内存的定义,以及三种频率之间的关系,就豁然开朗了:

● SDRAM(Synchronous DRAM):同步动态随机存储器

之所以被称为“同步”,因为SDR内存的存储单元频率、I/O频率及数据传输率都是相同的,比如经典的PC133,三种频率都是133MHz。

SDR在一个时钟周期内只能读/写一次,只在时钟上升期读/写数据,当同时需要读取和写入时,就得等待其中一个动作完成之后才能继续进行下一个动作。

● DDR(Double Date Rate SDRAM):双倍速率同步动态随机存储器

双倍是指在一个时钟周期内传输两次数据,在时钟的上升期和下降期各传输一次数据(通过差分时钟技术实现),在存储阵列频率不变的情况下,数据传输率达到了SDR的两倍,此时就需要I/O从存储阵列中预取2bit数据,因此I/O的工作频率是存储阵列频率的两倍。

注:因为在出口处的流量增大了,所以入口的流量也要相应的增大。所以有了2bit预取技术。

DQ频率和I/O频率是相同的,因为DQ在时钟上升和下降研能传输两次数据,也是两倍于存储阵列的频率。

● DDR2(DDR 2 SDRAM):第二代双倍速率同步动态随机存储器

DDR2在DDR1的基础上,数据预取位数从2bit扩充至4bit,此时上下行同时传输数据(双倍)已经满足不了4bit预取的要求,因此I/O控制器频率必须加倍。

注:因为入口处的流量增大了,所以出口处也要相应的增大流量。增大出口处流量的方法就是增大IO控制器的频率。


至此,在存储单元频率保持133-200MHz不变的情况下,DDR2的实际频率达到了266-400MHz,而(等效)数据传输率达到了533-800MHz。

● DDR3(DDR 3 SDRAM):第三代双倍速率同步动态随机存储器

DDR3就更容易理解了,数据预取位数再次翻倍到8bit,同理I/O控制器频率也加倍。此时,在存储单元频率保持133-200MHz不变的情况下,DDR3的实际频率达到了533-800MHz,而(等效)数据传输率高达1066-1600MHz。

综上可以看出,DDR1/2/3的发展是围绕着数据预取而进行的,同时也给I/O控制器造成了不小的压力,虽然存储单元的工作频率保持不变,但I/O频率以级数增长,我们可以看到DDR3的I/O频率已逼近1GHz大关,此时I/O频率成为了新的瓶颈,如果继续推出DDR4(注意不是GDDR4,两者完全不是同一概念,后文会有详细解释)的话,将会受到很多未知因素的制约,必须等待更先进的工艺或者新解决方案的出现才有可能延续DDR的生命。

来源:面包板社区

免责申明:本文转载或整理于网络,版权归原作者所有。如涉及作品版权问题,请与我们联系。如若转载请联系原作者。
说点什么
登录 后参与评论
0条评论