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下一代内存技术:DDRⅡ VS XDR

2004-02-11 eNet&Ciweek

  DDR的接班人──DDRⅡ内存
  作为DDR的接班人,DDRⅡ在规范制定之初就引起了广泛的关注。DDRⅡ总体上保留了DDR的大部分特性,但也有了不少的改进。

  1.先进的制程、先进的封装技术
  DDRⅡ将使用先进0.09μm制程(其后将改用更加先进的0.065μm制程)及对芯片核心的内部改进,并把工作电压从DDR的2.5V降到1.8V。这预示着DDRⅡ的功耗和发热量都会在一定程度上得以降低。在封装技术的方面,DDRⅡ改用更先进的CSP(Chip Scale Package 芯片级封装)封装技术。此封装技术的最大优点是可以在晶圆上做好了封装布线,可以大大提高可靠性。

  2.四位预读取架构
  在数据包预读取方面,DDRⅡ采用了4位预读取架构(如图),可以认为是端口数据传输率和内存Cell之间数据读/写的倍率(注:DDR采用的是2位预读取架构)。这个4位预读取技术有点类似于Rambus的4倍信号模型技术,它可以在芯片核心频率较低的情况下实现较高的数据传输率。以DDRⅡ533为例,其核心频率/时钟频率/数据传输率分别是133MHz/266MHz/533Mbps,虽说DDRⅡ 533的核心频率和DDRⅡ266是一样的,但是利用4位预读取技术使它的数据传输率达到了核心工作频率的4倍(是DDRⅡ266数据传输率的2倍)。所以内存生产商生产DDRⅡ芯片并不需要对现有技术做太大的改进,这无疑具有很大的成本优势。但大家要注意一点,DDRⅡ虽然采用4位预读取,但在实际性能上与DDR是相同的。因此在相同的核心频率下,DDRⅡ的带宽要达到DDR带宽两倍的水准有一个前提条件:DDRⅡ的外部时钟频率必须是DDR和SDRAM的两倍。为了保持较高的数据传输率,DDRⅡ采用了双向数据控制针脚,针脚数也由DDR的184针变为240针(注:DDRⅡ针脚数量有200针、220针、240针3种,其中240针的DDRⅡ将用于桌面PC系列。)

  3.ODT功能
  DDRⅡ另一个革新是加入了ODT功能。ODT的英文全称为On Die Terminator,中文意思是片内终结器设计,其主要作用是吸收没有被电路终端吸收的多余信号,减少信号反射,这样可以提高信号的品质,避免数据运算出错。DDR由于没有ODT功能,必须通过在主板上集成终结电阻来解决信号干扰问题,这也无形中增加了主板的生产成本,而且由于不同的内存模组对终结电阻的要求不可能完全一样,也造成了所谓的“内存兼容性问题”。而在DDRⅡ将终结电阻设于内存芯片内,这样可以简化了主板的设计,降低了主板的成本,而且还可以减少内存与主板的兼容问题的出现。

  4.其他
  DDRⅡ的延迟时间有所改进,其延迟时间介于1.8ns到2.2ns之间(由厂商根据工作频率不同而设定),远低于DDR的2.9ns。由于延迟时间的降低,从而使DDRⅡ可以达到更高的频率,最高可以达到1GHz以上的有效频率。

  此外,针对服务器领域,DDRⅡ还引入了COD、Posted CAS等技术,由于这些技术对我们普通用户用处并不大,在这里就不再赘述了。

  Rambus卷土重来──XDR内存
  随着RDRAM内存淡出主流内存市场,Rambus的名字也似乎被人们淡忘,但此时Rambus发布了其最新的XDR内存技术而重返PC市场。XDR DRAM全称为eXtreme Data Rate DRAM,这是此前Rambus公司发布的“黄石(Yellowstone)”技术的最终命名。XDR拥有此前RDRAM所发布的所有技术特性,也带来了技术上的创新。

  1.改良的串行模块结构
  串行模块结构最早出现在Rambus的RDRAM内存上,其完全不同于DDR中所采用的并行架构。在DDR内存中,不管数据流量多与少,所有芯片都处于读取工作状态。而在RDRAM内存中,各个内存芯片是通过一条连续的总线连接,其读取数据的方式有点像接力赛:当前面的芯片写满数据后,后面的芯片才开始读入数据。这个串行模块结构的优点是寻址方式和数据传输方式一样,可以简化产品设计。但串行模块结构有一个致命缺点,由于芯片之间存在一定的距离,而内存芯片不是同时运行,需要依次启动才能完全读入所有数据,因此各芯片在响应时间上存在很大的差异。为了能有序地控制总线的运作,整条模块的延迟时间被迫以最未端的芯片为准,只好以提高延迟时间的方式来解决。

  
  而XDR采用了改良的串行模块结构。虽然XDR同样采用串行模块结构,其寻址/指令总线还是需要经过所有的内存模块,不过每颗芯片都增加了一条直接与内存控制器相连接的数据传输通道。这样一旦寻址完毕,芯片内的数据就可以马上通过这条专线直接传送到内存控制器中,而不必等待最未端的芯片完成数据的读取,从而有效地降低延迟并实现高频率传输。

  2.ODR八倍数据传输率
  DDRⅡ引入了4位预读取架构,每个时钟周期可以传送4bit数据,而XDR则引入了8倍数据传输率,这样可以使XDR获得比DDRⅡ更快传输率和更高的时钟频率。

  利用8倍数据传输率技术可以在一个时钟周期内进行8次数据传输,而DDRⅡ在每个时钟周期内只能传输两次。因此XDR可以在较低核心频率下实现高数据传输率,以此实现低功耗,增加稳定性。

  当然,这些模块的峰值带宽都是基于单通道情况下的数值,RDRAM和DDRⅡ都可以运行在双通道模式,理论上可以将峰值带宽增加一倍。不过XDR同样可以支持多通道工作模式下,而且提供组合方案更灵活。Rambus的技术文档宣称,如果需要,XDR可以扩展到8通道运行模式,未来甚至可能达到更高水准:一条运行在3.2GHz的16位XDR内存通道能实现6.4GB/s的传输带宽;两条16位通道则是12.8GB/s;如果在8通道模式下,你能得到51.2GB/s的惊人带宽。

  3.FlexPhase技术
  此外,XDR之所以能提供如此高的连接速度,另一方面要得益于Rambus公司在电路板设计方面的创新──FlexPhase技术。目前的平行总线技术可以快速传输数据,但要求数据在芯片之间传输时保持同步。为了保持数据的同步,就要求电路板设计人员在确保不同芯片之间连线长度的相等方面保持高度的精确性,要不就会出现时序余量问题。目前为了解决此问题,设计人员一般让这些连线保持蜿蜒姿态,使两组金手指的连线中最短与最长的连线的长度相等。就当前的生产工艺来说,这种设计虽可以做到,但成本较高。而FlexPhase技术的出现则为解决这一问题提供一个相对简单的方案。

  FlexPhase属于一种用于解决不断减少的时序余量问题的技术,其原理是根据线路的长度预先对每个信号的相位进行了调节:即每条线路都配备一个相位调节器,对接收到的信号在发送前都进行了精细的调节,以达到芯片之间同步传输数据。通过FlexPhase技术可以在简单的逻辑系统中,以更简单、联系更紧密、更低的成本实现数G级的数据传输速度效果。

  4.DRSL技术
  DRSL是Rambus公司开发的一种信号表达专利技术,属于一种双向的传输技术,作用有点类似于DDRⅡ中的ODT。利用此技术,XDR可以使用标准的PCB板和标准阻抗,将终结电阻设置到了芯片内部,因此像DDRⅡ一样不需要额外的终结器,这可以大大简化RDRAM模组的使用和配置,并且可以降低系统的成本。

  展 望
  与DDR相比,在性能上DDRⅡ有了很大的改进,要求的配合基础也非常容易实现(如向后兼容DDR,不需要特殊的、非标准接口的支持),而且Micron、Samsung等厂商在去年就推出了DDRⅡ芯片样板,但由于双通道DDR技术的出现,DDR400通过JEDEC认证等等诸多原因,大大延长了DDR的生命力,削弱了市场上对DDRⅡ的渴望。因此DDRⅡ何时接DDR的班,其所面临的主要问题不在内存技术本身,而是内存所要求的系统(CPU和芯片组)。Intel平台的发展方向对DDRⅡ的起着举足轻重的作用。如果没有Intel的支持,新的内存标准就很难成为市场主流,DDR400内存的推广就是最佳说明。目前针对PC系统主内存,DDRⅡ只发展到400MHz、533MHz和667MHz 3种标准,最高带宽只达到5.3GB/s。而随着英特尔推出800MHz FSB P4,在单通道之下DDRⅡ已经无法满足P4的带宽需求,而如果使用双通道的话,它又面对价格更低廉的DDR400的挑战。最重要的一点的是,明年英特尔产品的前端总线仍将停留在800MHz之上,虽说英特尔曾表示其下一代Grantsdale芯片组将支持DDRⅡ,但在未来一年里DDRⅡ仍将处于一个比较危险、尴尬的境地,何时成为主流还是个未知数。

  Rambus推出XDR的最终目的是重返PC市场。如果仅在单通道之下,XDR对DDRⅡ的性能优势不明显。但由于XDR提供比较灵活的多通道支持模式,可以从双通道扩展到4通道、8通道甚至更高通道组合方案,性能可以在原基础之上继续翻几番,因此从技术上来说,XDR远胜于DDRⅡ。但目前DDR在PC平台之上已经是根深蒂固,DDRⅡ取代DDR也将是大势所趋,因此就目前来说,Rambus单凭自身力量是无法与整个DDR市场对抗的。而Rambus还面临一个最大问题:其XDR技术恐怕要等到2004年~2005年才能看到实际产品。对于IT业界,一年半甚至是两年已经足够漫长,因为技术的发展往往超出人们的预期。

  不过竞争总是一件好事,有竞争才有发展!我们也希望XDR和DDR Ⅱ竞争能够带来性能更强、价格更低的内存系统。


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