[转帖]硬件解读：迎接DDR2时代的到来

蓝天白云

    DDR2是新一代的内存标准，它的最小带宽是每Pin 400 MBit/s，工作频率是200MHz，可见它还是在时钟周期的两端传输数据（不然就不叫DDR了）。DDR2把工作电压从DDR I的2.5V降低到1.8V。根据JEDEC的标准DDR2需要使用BGA封装，一般都采用FBGA。BGA封装的引出管脚更短可以减少分布电容，有利于提高内存的工作频率。DDR2 400的数据传输率为3.2GB/s，DDR2 533的带宽达到了4.3GB/s。那么DDR2是如何达到DDR I两倍的数据传输率呢，原来DDR2使用了4位数据预取技术（4-bit Prefetch），DDR I为2位数据预取（2-bit Prefetch），大家可以先把数据预取（Prefetch）技术想像成是数据打包，下面会有详细的解释。最先推出的DDR2内存颗粒采用0.13微米工艺，不过几个主要的内存厂商都已经转向了110ns的生产工艺。DDR2把终结电阻加入颗粒，而现在的DDR主板上还需要大量的上拉电阻，使用DDR2的主板大约可以节省3至8个美金的成本，可见DDR2的推出不但带来高性能也能降低成本。

    DDR2的时钟频率是200-400MHz（这里的工作频率是指DDR2颗粒的实际时钟频率），时钟频率是DDR I的两倍，由于DDR2可以在每个时钟周期的上升延和下降延传输数据，因此它的数据传输频率相当于400-800MHz，DDR2每pin的数据传输率是DDR I每Pin数据传输率的两倍。
    第一款正式登场的DDR2产品是DDR2 400，它的数据传输率达到了3.2GB/s，相当于双通道的PC800 Direct Rambus。而Roadmap中的DDR2 800的数据传输率达到了惊人的6.4GB/s，Intel计划在2004年推出支持双通道DDR2的芯片组。我们熟悉的DIMM内存模组也在不断的变更中，SDRAM使用的是168线DIMM，工作电压为3.3V，DDR I使用了184线DIMM，它的工作电压降为2.5V。DDR2使用了240pin的DIMM，工作电压仅为1.8V。

1GB DDR2 DIMM模组，240pin，带有寄存器

现代推出的1Gb DDR2 SDRAM颗粒
    从INTEL Memory Technology Roadmap来看，在2003年第四季或2004年第一季就会支持正式DDR2-400和DD2-533内存，一直到2005年这个速度都会是市场主流。也许有朋友会问，INTEL为什么不支持更高的内存频率 ，如DDR-667。实际上内存工作频率和前端总线频率是密切相关的，只有两者保持同步才能发挥最高的效率 ，否则就要加入等待时钟周期，所造成的延迟会抵消内存速度提高带来的性能提升。400MHz的数据传输率本来是要应用在DDR2上的，INTEL为了推它的800Mhz前端总线，也把DDR400推上主流平台。我们知道使用双通道内存架构之后，内存和前端总线采用了同步设计，内存延迟会大幅缩小，在这方面INTEL 875P和865芯片组就是很好的例证。可以想象到，DDR2-400?a href=../../../../2/data/bear/cs/cs131/index.htm target=_blank>美创钆銯SB800，而DDR2-533将会和Prescott的FSB1066搭配。另外在2005年会推出一种被称为FB-DIMM的内存模组，这种针对DDR2的全缓存（Full Buffered）的内存模组使用了点对点来解决服务器和工作站的地址容量和性能要求。

未来几种内存所占有的市场分额
    INTEL的内存策略是确保内存技术不会成为平台的瓶颈，INTEL将密切关注DRAM发展，针对桌面，服务器和移动计算的策略。 可以看到INTEL现在已经成为内存技术的积极倡导者，原来在内存上保守的做法已经一扫而光，特别是支持DDR400内存促使了DDR400成为正式的工业标准。虽然DDR400能够满足桌面平台的需要，但是高发热量以及高频造成的信号不够清晰，使它不适用于笔记本和服务器。我们知道，DDR2的优势，提高了峰值带宽，更低的功耗和发热量，无需牺牲速度就可以提高容量。 推出DDR2也成为当务之急，除了速度外它在低功耗和高可靠性上更加令人感兴趣。而DDR3将会是2007年的产品，未来几年主要由DDR和DDR2支撑大局。
    从时间来看，到2004年第一季度，主流平台就会支持DDR2 SDRAM。桌面平台会从DDR2的高速度上获得好处，服务器主要使用的会是DDR2-400，除了速度外，在功耗/发热量上都要低很多，另外由于DDR2的工作电压更低，传输信号更加清晰，因此服务器上可以 同时使用更多的高速内存模组，一个内存通道只能同时使用两根DDR400内存模组，这对服务器来说是远远不够的。而笔记本主要得益于DDR2的低功耗和低发热量 ，这可以大幅延长电池使用时间。
主流内存厂商对DDR2的支持
Infineon
Infineon的内存产品已经开始使用300mm的晶元切割，主流的256Mb内存颗粒使用110nm工艺，512Mb的DDR2内存也将使用110nm工艺，将在2004年大量上市。

    DDR2在功耗，速度和容量上都有明显的优势，DDR2的功耗只相当于DDR的一半，数据传输率可以轻易做到DDR的一倍。而且DDR2内存颗粒的容量从256Mb到2Gb，DDR内存颗粒的容量只有128Mb到1Gb。
    在2003年第一季度，Infineon就已经推出了512Mb的DDR2样品，此时Infineon的内存制造工艺已经全面提升到300mm晶元，110ns工艺。Infineon在2004年将会推出256Mb，512Mb和1Gb的内存颗粒，另外还会推出如下的内存模组，涵盖了从笔记本到服务器的范围。
Unbuffered DIMMs：256/512MB和1GB/2GB ECC/non-ECC
Registered DIMMs:256/512MB和1GB/2GB/4GB
SO-DIMMs：128/256/512MB和1GB
ELPIDA

    ELPIDA画的内存发展蓝图，2004年到2005年将会是DDR2的时代，DDR2的产品包括了DDR2-400，DDR2-533和DDR2-667。到2006会推出下一世代的DDR3产品，DDR3内部采用8bit-Prefetch，其它的规格还不清楚。

    ELPIDA的这张图很清楚的说明了4-bit Prefetch内存核心，SDRAM的Prefetch为1bit，其实就是Pipeline结构，内存的Cell和I/O以及数据传输频率都是一样的。DDR的Prefetch为2bit，内部存储单元（cell）通过两路连接到I/O上，以DDR400为例，它们的工作频率是200MHz，由于可以在时钟信号的上升延以及下降延传输数据，因此它的数据传输率达到了400Mbps。DDR2采用了4bit Prefetch，内部cell分成四路连接在I/O上，相当于一个I/O时钟周期预取4bit数据，以DDR2-533为例，它的内部存储单元工作频率是133MHz，这比DDR-400的核心工作频率还要低。DDR2-533的I/O工作频率是266MHz，同样DDR2也是在时钟的上升延和下降延传输数据，因此它的数据传输率达到了533Mbps。以更低的核心工作频率，达到了比DDR还要高得多的数据传输率，这就是DDR2获得高性能的秘密。

高速度（400Mbps到667Mbps）
高带宽（5.3GB/s）
低72%的I/O电压（1.8V）
低50%的功耗（247mW）
小50%的封装（126平方毫米）
转变到DDR2也很容易，DIMM准备好了，平台准备好了，工具准备好了。ELPIDA已经为DDR2做好了准备。

ELPIDA内存Roadmap，最上面是240-pin Registered DIMM，用于服务器，最高容量是4GB，240-pin的Unbuffered DIMM用于桌面电脑。ELPIDA已经准备推出512MB/1GB 240-pin DIMM模组
hynix


由于增加了测试，核心也更加的复杂一些，因此DDR2的成本会增加12%，不过相对于DDR2带来的好处，成本的增加是可以接受的，因此DDR2也会首先应用于服务器和高端台式机等对价格不是很敏感的系统中。
在hynix的产品线中，服务器会使用DDR2 400，桌面平台将会是DDR2 533/667，笔记本会使用DDR2 400/533， 现代已经为DDR2做好了准备，目前可以提供样品。
Samsung

在使用双通道DDR2内存架构时，128bit的DDR2-533可以提供8.5GB/s的数据传输率，而128bit的DDR2-667甚至可以提供10.7GB/s的数据传输率。DDR2带来的革命，内存的数据传输率打破10GB/s的瓶颈。
DDR2的关键字：
增加速度来提高性能，推出533Mbps及更快的内存
ODT-On Die Termination，集成于核心的终结器，可以带来更好的信号完整性，可以节省主板线路板空间节省成本。
更低的功耗，更小的发热量， 增加了计算的体验

    使用了ODT（内建中结电阻器）可以带来出众的性能，从图中可以看到，采用了ODT技术之后，内存的读写信号都要清晰多了，这样可以允许更高的工作速度 ，可以同时使用更多的内存模组。ODT可以增加信号的完整性，能够允许更高的速度，降低主板设计难度，节省成本。

DDR2可以降低功耗，无论是工作状态还是休眠状态DDR2的功耗都要比DDR低许多

    DDR2提供了更好的热特征，DDR2由于降低了工作电压，具有更快的速度和更低的功耗，更加适合体积狭小的空间和高密度使用，如笔记本和刀片式服务器。从测试中可以看了，如果以DDR2-400做为参考，DDR2-533的温度比DDR2-400高7度，DDR266却要比DDR2-400高29摄氏度。

    三星表示，DDR2是高性能和低功耗的结合，ODT提供更佳的信号和更简单的设计，三星电子已经为DDR2做好了准备。 引外Micron美光也推出了DDR2的产品，现在芯片组和内存模组都已经就绪，很快DDR2离我们已经非常近了。