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DDR2

鎖定
DDR2/DDR II(Double Data Rate 2SDRAM是由JEDEC(電子設備工程聯合委員會)進行開發的新生代內存技術標準,它與上一代DDR內存技術標準最大的不同就是,雖然同是採用了在時鐘的上升/下降沿同時進行數據傳輸的基本方式,但DDR2內存卻擁有兩倍以上一代DDR內存預讀取能力(即:4bit數據讀預取)。換句話説,DDR2內存每個時鐘能夠以4倍外部總線的速度讀/寫數據,並且能夠以內部控制總線4倍的速度運行。
由於DDR2標準規定所有DDR2內存均採用FBGA封裝形式,而不同於廣泛應用的TSOP/TSOP-Ⅱ封裝形式FBGA封裝可以提供了更為良好的電氣性能與散熱性,為DDR2內存的穩定工作與未來頻率的發展提供了堅實的基礎。回想起DDR的發展歷程,從第一代應用到個人電腦的DDR200經過DDR266DDR333到雙通道DDR400技術,第一代DDR的發展也走到了技術的極限,已經很難通過常規辦法提高內存的工作速度;隨着Intel最新處理器技術的發展,前端總線內存帶寬的要求是越來越高,擁有更高更穩定運行頻率的DDR2內存將是大勢所趨。 [1] 
外文名
Double Data Rate 2
簡    稱
DDR2
研發機構
電子設備工程聯合委員會
應用領域
計算機領域

DDR2種類區別

DDR2延遲問題

DDR2內存的頻率 DDR2內存的頻率
從上表可以看出,在同等核心頻率下,DDR2的實際工作頻率DDR的兩倍。這得益於DDR2內存擁有兩倍於標準DDR內存的4BIT預讀取能力。換句話説,雖然DDR2和DDR一樣,都採用了在時鐘的上升延和下降延同時進行數據傳輸的基本方式,但DDR2擁有兩倍於DDR的預讀取系統命令數據的能力。也就是説,在同樣100MHz的工作頻率下,DDR的實際頻率為200MHz,而DDR2則可以達到400MHz。
這樣也就出現了另一個問題:在同等工作頻率的DDR和DDR2內存中,後者的內存延時要慢於前者。舉例來説,DDR 400和DDR2-400具有相同的延遲,而後者具有高一倍的帶寬。實際上,DDR2-400和DDR 400具有相同的帶寬,它們都是3.2GB/s,但是DDR400的核心工作頻率是200MHz,而DDR2-400的核心工作頻率是100MHz,也就是説DDR2-400的延遲要高於DDR400。

DDR2封裝

DDR2 DDR2
DDR2內存技術最大的突破點其實不在於用户們所認為的兩倍於DDR的傳輸能力,而是在採用更低發熱量、更低功耗的情況下,DDR2可以獲得更快的頻率提升,突破標準DDR的400MHZ限制。
DDR內存通常採用TSOP芯片封裝形式,這種封裝形式可以很好的工作在200MHz上,當頻率更高時,它過長的管腳就會產生很高的阻抗和寄生電容,這會影響它的穩定性和頻率提升的難度。這也就是DDR的核心頻率很難突破275MHZ的原因。而DDR2內存均採用FBGA封裝形式。不同於廣泛應用的TSOP封裝形式,FBGA封裝提供了更好的電氣性能與散熱性,為DDR2內存的穩定工作與未來頻率的發展提供了良好的保障。
DDR2內存採用1.8V電壓,相對於DDR標準的2.5V,降低了不少,從而提供了明顯的更小的功耗與更小的發熱量,這一點的變化是意義重大的。

DDR2雙通道內存

需要INTEL芯片組的支持,內存的CAS延遲、容量需要相同。
不過,INTEL的彈性雙通道的出現使雙通道的形成條件更加寬鬆,不同容量的內存甚至都能組建雙通道
除了以上所説的區別外,DDR2還引入了三項新的技術,它們是OCD、ODT和Post CAS

DDR2離線驅動

OCD(Off-Chip Driver):也就是所謂的離線驅動調整,DDR Ⅱ通過OCD可以提高信號的完整性。DDR Ⅱ通過調整上拉(pull-up)/下拉(pull-down)的電阻值使兩者電壓相等。使用OCD通過減少DQ-DQS的傾斜來提高信號的完整性;通過控制電壓來提高信號品質。

DDR2終結電阻器

ODT:ODT是內建核心的終結電阻器。我們知道使用DDR SDRAM的主板上面為了防止數據線終端反射信號需要大量的終結電阻。它大大增加了主板的製造成本。實際上,不同的內存模組對終結電路的要求是不一樣的,終結電阻的大小決定了數據線的信號比和反射率,終結電阻小則數據線信號反射低但是信噪比也較低;終結電阻高,則數據線的信噪比高,但是信號反射也會增加。因此主板上的終結電阻並不能非常好的匹配內存模組,還會在一定程度上影響信號品質。DDR2可以根據自己的特點內建合適的終結電阻,這樣可以保證最佳的信號波形。使用DDR2不但可以降低主板成本,還得到了最佳的信號品質,這是DDR不能比擬的。

DDR2利用效率

Post CAS:它是為了提高DDR Ⅱ內存的利用效率而設定的。在Post CAS操作中,CAS信號(讀寫/命令)能夠被插到RAS信號後面的一個時鐘週期,CAS命令可以在附加延遲(Additive Latency)後面保持有效。原來的tRCD(RAS到CAS和延遲)被AL(Additive Latency)所取代,AL可以在0,1,2,3,4中進行設置。由於CAS信號放在了RAS信號後面一個時鐘週期,因此ACT和CAS信號永遠也不會產生碰撞衝突。 採用雙通道運行,速度是DDR的2倍。 總的來説,DDR2採用了諸多的新技術,改善了DDR的諸多不足,雖然它有成本高、延遲慢能諸多不足,但相信隨着技術的不斷提高和完善,這些問題終將得到解決。

DDR2技術特點

DDR2引入了三項新的技術,它們是OCD、ODT和PostCAS。
OCD(Off-ChipDriver):也就是所謂的離線驅動調整。
ODT:ODT是內建核心的終結電阻器。
PostCAS:它是為了提高DDR2內存的利用效率而設定的。

DDR2選購策略

DDR2性價比

選購DDR2內存還是要買主流頻率的產品,不要一味追求高頻的內存,在價格相差不大的情況下,購買時不妨考慮高頻率,畢竟頻率提升,對整體性能發揮還是有一些幫助的。不過前提是主板支持高的外部頻率,否則也大材小用了。內存市場的行情瞬間萬變,特別是高端的產品,跌價很快,有的高頻的內存產品也不像剛上市時貴得離譜了,對於一些真正的發燒友來説,還是值得購買的。

DDR2品牌

個人用户正越來越重視內存條的品質,購買散裝內存條的用户已越來越少,品牌內存逐漸成為了購買的主流,畢竟其品質、做工、性能和穩定性消費者是有目共睹的,不少還提供長達三年的保修期,終身保固,售後服務更是散裝條子難以匹敵的。注意不要把品牌內存與市場上來些所謂的“三星”“現代”內存混淆,那些只是採用三星或HY的芯片而已,條子則是由一些小作坊組裝的,質量無法保證。為了和這些劣質產品區分開,原裝正品的名字一般都不一樣,例如韓國三星電子在中國銷售的原裝正品內存條,一律叫三星金條

DDR2發展歷程

DDR2過去

DDRⅡ內存能有如此之多的技術革新,歸功於研究人員們多年的研究。其實早在1998年JEDEC(電子工程設計發展聯合協會)就開始着手研究DDR2技術,2003年就通過了JEDEC規格標準化。在Intel推出915/925芯片組之前,DDR2與DDR400相比,除了在技術性能上更加優秀外,無論是實用性還是性價比都沒有優勢可言。在大多數FSB為800MHz的Intel Pentium4處理器面前,雙通道模式下的DDR400所提供的6.4GB/S的帶寬就已經能滿足要求,而DDR2上市之初的價格也無法與DDR相抗衡,所以無論從性能需求還是從性價比去考慮,DDR2在上市好一段時間內都是在低市場份額情況下徘徊。
直至2005年年初,新的LGA775 Pentium4仍然使用800MHz前端總線,老邁的DDR400仍然能夠滿足帶寬需求。DDR2在增加內存帶寬的同時也增加了內存延遲時間,也就是説每次操作要耗費的時鐘週期將會增加。DDR2內存需要4個時鐘週期或者5個時鐘週期,tRAS也可能會增加到最少8個時鐘週期,而高速DDR內存的tRAS可以達到5個時鐘週期。因此在800MHz前端總線下,DDR2並沒有為系統性能帶來多大的提升,只有CPU的前端總線再次提升後,DDR2才能真正發揮出其高帶寬上的優勢。
此外,Intel 915/925芯片組也同時支持DDR內存,即使未來的CPU前端總線提升至1066MHz或者更高的1200MHz,對於一些高規格的DDR566、DDR600仍能滿足帶寬的要求。因此在DDR2取代DDR的過渡期中,DDR還是能表現出較旺盛的生命力。

DDR2目前

儘管高頻率的DDR566、DDR600可以滿足Intel 915/925平台的需要(1066MHz),但是高規格的DDR良品率與成本並不容易控制,在對性價比非常敏感的中國市場,高規格的DDR註定是難成氣候。在915/925平台上,追逐性價比的大多數用户會更加看好DDR2內存。
最新的945/955X已經正式放棄了對DDR內存的支持,內存規格上也提升到雙通道DDR2-667的水準,Intel的這一做法無疑是向DDR宣判死刑。如果説915/925時期還是DDR2與DDR的共存過渡期,那麼945/955則是DDR2全面取代DDR的全盛時代。
主板芯片組的新興勢力nⅥDIA也推出了支持DDR2-667內存的nForce4 SLI Intel Edition,其他芯片組廠商當然也是跟風一片。就連比較頑固的AMD也都決定在其下一代Athlon64/Opteron處理器上將整合DDR2-667內存控制器,這標誌着DDR2-667將取代現有的DDR2-533成為新的標準。儘管DR2在延遲時間長還是存在不足,但憑着高頻率的優勢,DDR2-667系統的實際效能將明顯超越DDR體系。內存廠商對DDR-2也表現出了樂觀的態度。
DDR2內存規格有DDR2-400、DDR2-533、DDR2-667、DDR2-800四種型號。在內存容量上,DDR2與DDR一樣,同樣擁有多種規格,常見的規格有256MB至2GB不等。
DDR2上主流的是DDR2-800。DDR2正逐漸被DDR3取代。

DDR2未來

DDR2的下一代接班人
出於兼容性的考慮,DDR2標準在制定之初似乎顯得有些縮手縮腳,這也直接導致其各方面表現比起DDR沒有長足進步。新一代的DDR3採用了ODT(核心整合終結器)技術以及用於優化性能的EMRS技術,同時也允許輸入時鐘異步。在針腳定義方面,DDR3表現出很強的獨立性,甚至敢於徹底拋棄TSOPⅡ與mBGA封裝形式,採用更為先進的FBGA封裝。DDR3內存用了0.08微米製造工藝製造,將工作在1.5V的電壓下。
從長遠趨勢來看,擁有單芯片位寬以及頻率和功耗優勢的DDR3是令人鼓舞的。
DDR3正逐步加速取代DDR2,DDR3已成為裝機的主流和標配。

DDR2性能分析

DDR2 SDRAM一出現就迅速得到服務器、工作站和個人計算機OEM廠商的廣泛支持,DDR2存儲器具有高數據速率低功耗以及高密度特點,這些特點也適合當前數字消費電子產品的應用需求,如機頂盒和數碼相機等。本文對比分析了DDR2相對傳統存儲器的性能特點,並介紹了DDR2在數字消費電子產品上的應用機會。
DRAM市場的特點是技術不斷提高而需求也持續增長。對這些應用來説,DDR2 SDRAM是一個理所當然的選擇,因為它的速度和帶寬比DDR SDRAM高很多,DDR2的1.8V工作電壓使得它可以比其上一代產品功耗整整低50%。
但是,DDR2的優勢決不僅侷限於這些應用,DDR2的高密度、高功效和改善的熱特性為台式電腦筆記本電腦和小外形消費電子產品帶來了巨大優勢。這些優勢的利用將依賴於封裝和模塊技術的不斷髮展,特別是在消費電子產品領域。這個新興的市場代表着DRAM工業一個新的前沿應用,它將為那些願意接受挑戰以滿足新要求的商家帶來大量機會。
向DDR2轉換
服務器、工作站和個人計算機等傳統DRAM市場正在快速向DDR2轉換。英特爾公司已經宣佈其未來的所有芯片組將支持DDR2,其它的主要芯片組供應商看起來也將步英特爾的後塵。今春英特爾開發商論壇和存儲器生產商論壇所開展的活動使那些希望向DDR2加速轉變的人受到鼓舞,DRAM市場上的大部分主要供應商提供經過英特爾驗證的DDR2產品。半導體生產設備從8英寸到12英寸晶圓工藝的轉變有助於提高產品良率,進而提高DRAM的產量。對於1Gb DRAM器件來説,在單一芯片上既支持DDR1又支持DDR2架構的電路技術很關鍵,它使得向DDR2的轉換更加容易。
DDR2 SDRAM的優勢
DDR2 SDRAM的數據傳輸速率最高為533Mbps,這是DDR266的兩倍。除了在原始帶寬方面的一些提高外,它還提高了系統的性能和功效,並方便系統設計。這些改進可以分成以下四大類:
4位預取架構 採用DDR2的4位預取(Prefetch)架構,DDR2 SDRAM作為外部總線每個時鐘從存儲器單元陣列讀/寫的數據量是原來的四倍,而且其工作頻率比內部總線頻率快四倍。
片上端接 DDR2的其它特性為主板設計工程師帶來了好處,例如利用DDR2的片上端接(ODT)來簡化DQ總線設計。在DDR2 SDRAM中,端接寄存器(termination register)就實現在該DRAM芯片之中,而不是安裝在主板上。DRAM控制器可以為每個信號設定端接寄存器的開或關,這些信號包括數據I/O 、差分數據選通信號和寫數據屏蔽。利用ODT就不需要Vtt發生器或Rtt電阻,而且能降低多重反射,提高信號完整性並增加時序裕量。
片外驅動器(OCD)校準 OCD校準改進了DDR2 SDRAM的信號完整性。其做法是:設定該I/O驅動器的電阻來調整該電壓,補償上拉/下拉電阻;通過將DQ-DQS偏移降到最低來改進信號完整性;控制過沖和下衝來改進信號質量;通過I/O驅動器電壓校準可以修正不同DRAM供應商之間的工藝差異。前置CAS和附加延遲 在一個前置CAS操作中,一個CAS信號(讀/寫命令)可以在RAS信號輸入之後成為下一個時鐘的輸入。該CAS指令可以在DRAM一側保持,並在附加的延遲(0、1、2、3和4)之後執行。這樣簡化了控制器設計,因為它可以避免指令總線上的衝突。而且,採用一個簡單的指令序列還可以提高指令和數據總線的效率。由於在讀/寫指令之間不存在“氣泡”(bubble)或空隙週期,因此實際的存儲器帶寬也得到提高。最後一點,DDR2採用細間距球柵陣列(FBGA)封裝可以減小系統尺寸,並提高信號完整性。這種技術的一個變體是新型的堆疊式FBGA(sFBGA),它增加了各模塊之間的空氣流動空間從而提高了熱性能和可靠性。這類符合行業標準、兼容JEDEC的創新是優化DDR2優勢的關鍵。

DDR2存儲器模塊

對那些已經充分準備轉向DDR2的開發商來説,用於服務器平台的1GB和512MB DDR2帶寄存器的雙列直插式內存模塊(registered DIMM)已經可以批量提供,2GB的DDR2 帶寄存器的DIMM已可以提供樣品。這些2GB的模塊將使服務器產品的密度有很大提高,同時可以實現高達每秒4.3GB的數據傳輸率。 全緩衝的DIMM(FB DIMM)也在開發之中,它可以適應新的更高速總線技術要求,如PCI Express。FB DIMM對服務器市場將非常重要,因為服務器需要高帶寬和高密度。儘管DDR2明顯增加了速度和帶寬,但在主板上安放帶寄存器的DIMM的數量還是有限度的,否則就會使核心邏輯芯片組過載。通過給該DIMM加緩衝器的方式,該芯片組可以連到第一個DIMM,第一個DIMM再連接到第二個DIMM,然後第三個...,同時緩衝器把信號傳送到下一個DIMM。每個總線被分段,因而更多的DIMM可以加到主板上,芯片組的負載也降到最低。用於服務器的FB DIMM模塊估計在2005年後期上市。

DDR2系統性能

除了存儲器架構外,採用DDR2的系統還將採用該新存儲器架構要求的先進內核邏輯技術。例如,英特爾用在台式電腦上的DDR2有四個接口:到CPU前端總線(FSB)接口,到GPU的圖形總線接口,外設I/O總線和主存儲器總線。為使系統性能最優化,FSB、圖形總線和主存儲器總線應該各自工作在大致相當的帶寬上。在這裏,處理器的FSB傳輸數據率為800MHz×8B=6.4GBps;採用PCI-Express技術的圖形總線(×16)的傳輸數據率為8GBps;具有一個雙通道的DDR2 DIMM(533MHz×8B×2通道)傳輸數據率為8.5GBps。這三個接口相對平衡,沒有一個接口會明顯地成為其它接口的瓶頸。

DDR2移動應用

隨着1GB的DDR2小外形雙列直插存儲器模塊(SO-DIMM)即將問世,筆記本電腦也將利用到DDR2的低功率、高密度、高性能和小形狀因子等優勢。由於因特網的發展和無線通信性能的提升,蜂窩手機和PDA等其它移動應用也逐漸開始處理更大量的數據、聲音和視頻流,這些應用未來也可能應用到DDR2器件來實現性能的提升。
這個市場上的DRAM產品均基於SDR和DDR器件架構,並提供移動RAM特定功能,如:部分陣列自刷新,即只刷新一部分特定的存儲器單元陣列以降低自刷新電流;温度補償自刷新,即通過調整刷新頻率來適應温度的變化,從而可以起到降低自刷新電流的類似作用;深度功率下降(Deep Power Down),即切斷內部電壓以實現最低功耗。

DDR2多種封裝

隨着DRAM的密度、速度和功效的繼續改進,需要DRAM來處理日益複雜功能的消費產品也會有相應的增加,靈活性和多樣性是這類應用的關鍵。一種規格適合所有應用的策略在傳統計算系統領域得到很好應用,但以消費者為中心的數碼照相機、數字電視機、硬盤錄像機和個人視頻錄像機等產品需要有一些新的改變。
消費電子產品市場將可能坐上向DDR2轉變的末班車,DRAM供應商已經在探索開發這些市場的途徑。根據消費產品市場特點,很顯然有必要提供各種各樣的封裝選擇,如TSOP、FBGA和LQFP。適合在客户自己的多芯片封裝(MCP)或系統級封裝(SiP)設計上實現的“裸片”產品是一種重要的設計考慮。在新興市場上能提供各種密度的產品也是非常重要的,例如64Mb、128Mb和256Mb,並且有16位和32位兩種結構。

DDR2多樣化需求

消費應用的需要具有多樣化考慮,以汽車導航系統為例,這些系統不僅需要寬帶數據傳輸能力,而且還必須在很寬的環境温度下工作。這需要存儲器的工作範圍為-40到85°C,而標準DRAM的工作範圍為0到70°C。而數字廣播、機頂盒和數字電視全是寬帶應用,常規的DDR SDRAM器件可以達到3.2GBps的數據傳輸率,因而能滿足標準清晰度數字電視和高清數字電視的需求。
類似DVD/HD錄像機這樣的消費產品正在從根本上改變家庭電視機的作用。這些產品可以獲益於DDR2的更高存儲器容量和速度。DDR和DDR2技術的正確應用將有助於這個市場的成長,而且DRAM市場有能力輕鬆地適應這些應用不斷髮展的需求。
圖像質量的改善和微型化推動了數字攝像機的發展。數字攝像機中的視頻處理可以用×32位I/O SDRAM或DDR SDRAM來優化,這是“裸片”設計用在客户自己的SiP方案的另一個重要領域。

DDR2數字機頂盒

在世界範圍內,向數字電視的轉變比預期的要慢,因為許多消費者仍然不願意匆忙地去買一個數字調諧器監視器。機頂盒是一個可行的替代選擇,而機頂盒應用將是DRAM的另一個成長領域。

DDR2先進圖形技術

最後一點,提供接近電影圖像質量的先進圖形技術也許是DRAM發揮其優越性能的另一個領域。由於因特網的持續發展通信線路的性能提高,數字消費電子產品開始處理更大量的數據和聲音。這些環境增加了對超快、高容量DRAM的需求,如DDR2、RDRAM和XDR。

DDR2走線規則

時鐘線包括 MEM_CLKOUT#0、MEM_CLKOUT0、MEM_CLKOUT#1、MEM_CLKOUT1,MEM_CLKOUT#2、MEM_CLKOUT2; MEM_CLKOUT#3、MEM_CLKOUT3、MEM_CLKOUT#4、MEM_CLKOUT4、MEM_CLKOUT#5、MEM_CLKOUT5。 DDR2時鐘線走線規則 分線對與對之間的間距為20mil min; DDR時鐘線對其他線的間距為20mil min; 北橋Breakout出來4mil,差分線對內間距6mil min,長度控制1000mil以內。再出來線寬6.5mil,差分線對 [2]  內兩根線的間距為5mils,蛇形線間距為20mils; DDR2時鐘線走線長度約束規則 差分線對內兩根線±10mils; 每個DIMM三對差分線匹配在50mils內,即最大值最小值不大於50mils;所有線長在2850mils和6500mils間 阻抗控制: 70Ω±10%(差分線)

DDR2盤狀結構

盤狀結構域受體2
discoidin domain receptor 2 細胞膜上的一種蛋白絡氨酸激酶。
參考資料