DDR5/4/3/2：每一代 DDR 如何提高內(nèi)存密度和速度

驅(qū)動未來存儲器的關鍵特性是存儲器密度、速度、更低的工作電壓和更快的訪問速度。DDR5 支持從 8Gb 到 64Gb 的內(nèi)存密度，以及從 3200 MT/s 到 6400 MT/s 的寬范圍數(shù)據(jù)速率。DDR5的工作電壓從DDR1的2.4V進一步降低到1.1V。

DDR5現(xiàn)在提供的速度比有史以來第一個SDRAM快16倍。這是通過速度和密度的顯著飛躍來實現(xiàn)的，每一代 DDR 都有所增加。在這篇博客中，我們將討論不同DRAM存儲器的演變，從SDRAM到最新的DDR5。

從1970年代初到1990年代中期生產(chǎn)的DRAM使用異步接口，其中輸入控制信號對內(nèi)部功能有直接影響。SDRAM于1993年推出，提供了一個同步接口，在其時鐘輸入的上升沿之后，可以識別控制輸入的變化。它支持512Mb的內(nèi)存密度。繼SDRAM之后，一系列DDR進入市場，每個DDR都有一些新功能并增加了內(nèi)存密度?，F(xiàn)在，下一代 DDR5 將確保以更低的功耗和更高的速度實現(xiàn)更高的內(nèi)存密度和許多新功能。

SDRAM（同步動態(tài)隨機存取存儲器）：

SDRAM是動態(tài)隨機存取存儲器，與CPU的時鐘速度同步。SDRAM也代表SDR SDRAM（單數(shù)據(jù)速率SDRAM）。單數(shù)據(jù)速率意味著SDR SDRAM在一個時鐘周期內(nèi)只能讀/寫一拍數(shù)據(jù)。在傳輸下一個讀/寫操作之前，需要等待命令完成。SDR 速度從 66 MHz 到 133 MHz 不等。

DDR（雙倍數(shù)據(jù)速率 SDRAM）：

DDR SDRAM是一種雙倍數(shù)據(jù)速率同步動態(tài)隨機存取存儲器。它通過在時鐘信號的上升沿和下降沿傳輸數(shù)據(jù)，在不增加時鐘頻率的情況下實現(xiàn)雙倍數(shù)據(jù)帶寬。預取緩沖區(qū)大小為 2n（每次內(nèi)存訪問兩個數(shù)據(jù)字），是 SDR SDRAM 預取緩沖區(qū)大小的兩倍。DDR 存儲器在每個時鐘周期將 n 位數(shù)據(jù)從存儲器陣列傳輸?shù)酱鎯ζ鲀?nèi)部 I/O 緩沖區(qū)。這稱為 n 位預取。

DDR2（雙倍數(shù)據(jù)速率第二代 SDRAM）：

與 DDR1 類似，DDR2 也以兩倍的時鐘速度傳輸數(shù)據(jù)（在時鐘信號的上升沿和下降沿傳輸數(shù)據(jù)）。此外，內(nèi)部時鐘以數(shù)據(jù)總線速度的一半運行，從而獲得更高的總線速度和更低的功耗。上述所有因素都有助于DDR2-SDRAM實現(xiàn)每個內(nèi)部時鐘周期的四次數(shù)據(jù)傳輸。DDR2 的預取緩沖區(qū)為 4 位（DDR SDRAM 的雙倍）。DDR2的數(shù)據(jù)速率為400MT/s至800MT/s。

DDR3（雙倍數(shù)據(jù)速率第三代 SDRAM）：

DDR3 以兩倍于 DDR2 SDRAM 的速率傳輸數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)更高的帶寬和峰值數(shù)據(jù)速率。還增加了兩個新功能，自動自刷新和自刷新溫度范圍，使內(nèi)存根據(jù)溫度變化控制刷新率。它的預取緩沖區(qū)寬度為 8 位。

DDR4（雙倍數(shù)據(jù)速率第四代 SDRAM）：

DDR4 能夠?qū)崿F(xiàn)更高的速度和效率，但保留預取緩沖區(qū)大小為 8n，與 DDR3 相同。更高的帶寬是通過每秒發(fā)送更多的讀/寫命令來實現(xiàn)的。DDR4 標準將 DRAM 銀行劃分為兩個或四個可選的銀行組，其中可以更快地轉(zhuǎn)移到不同的銀行組。與DDR4相比，DDR3的工作電壓也更低。還添加了一些新功能，例如DBI（數(shù)據(jù)總線反轉(zhuǎn)），CRC（循環(huán)冗余校驗）和CA奇偶校驗。這些新功能增強了DDR4內(nèi)存的信號完整性，提高了數(shù)據(jù)傳輸/訪問的穩(wěn)定性。

DDR5（雙倍數(shù)據(jù)速率第五代硬盤存儲器）：

DDR5 SDRAM 通過使用 16n 預取緩沖區(qū)實現(xiàn)更高的速度。DDR5 將 DRAM 插槽分為兩個、四個或八個可選組，而 DDR4 最多使用 4 個存儲組。還添加了一些新功能：

寫入模式命令 – 它通過不通過總線發(fā)送數(shù)據(jù)來節(jié)省功耗。

增強型 PDA：通過將唯一的 PDA 枚舉 ID 分配給每個 DRAM 來使用 CA 接口作為每個 DRAM 尋址能力的唯一方法。因此，后續(xù)命令不需要使用 DQ 信號來決定為命令選擇哪個 DRAM。

寫入均衡兩種類型的訓練 – 用于周期對齊的外部 WL 培訓（如 DDR4），用于相位對齊的內(nèi)部 WL 培訓。

支持各種培訓，如CA培訓，CS培訓等。

下表列出了各代 DDR 之間的基本差異：

隨著每一代新一代 DDR 的出現(xiàn)，內(nèi)存密度和速度都在顯著提高。

審核編輯：郭婷