要找内存发展的历史,我要从SDRAM到DDR2的详细过程

记忆发展历史

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在了解记忆的发展之前,我们应该解释一些常用词,这将有助于我们加强对记忆的理解。RAM是随机存取存储器的缩写。分为静态RAM和动态RAM两种。

SRAM以前是一种主存,速度很快,不用刷新就能保存数据。它以双稳态电路的形式存储数据,结构复杂。它需要使用更多的晶体管组成寄存器来存储数据,所以它使用的硅片相当大,制造成本相当高。所以现在SRAM只能用在比主存储器小很多的缓存中。随着英特尔将L2高速缓存集成到CPU中(从Medocino开始),SRAM失去了其最大的应用需求来源。好在在手机从模拟到数字的发展趋势中,它终于为具有省电优势的SRAM找到了另一个机会,网络服务器和路由器的需求激励使得SRAM市场勉强继续增长。

DRAM,顾名思义,就是动态RAM。DRAM的结构比SRAM的结构简单得多。基本结构由MOS管和电容组成。它具有结构简单、集成度高、功耗低、生产成本低等优点,适合制造大容量存储器,所以我们现在使用的存储器大部分是DRAM。所以下面主要介绍DRAM内存。在详细描述DRAM内存之前,我们先来讲一下同步的概念,根据内存的访问方式可以分为两种:同步内存和异步内存。区分它们的标准是能否与系统时钟同步。存储器控制电路(在主板芯片组中,通常在北桥芯片组中)发出行地址选择信号(RAS)和列地址选择信号(CAS)来指定将访问哪个存储体。SDRAM之前的EDO内存都采用这种方式。读取数据所需的时间以纳秒表示。当系统速度逐渐提升,尤其是66MHz的频率成为总线标准时,EDO内存的速度变得非常慢,CPU总是要等待内存中的数据,严重影响性能,内存成为很大的瓶颈。因此,同步系统时钟频率的SDRAM就出现了。

DRAM的分类FP DRAM:也叫快页存储器,在386时代非常流行。因为DRAM需要恒定的电流来存储信息,一旦断电,信息就会丢失。它的刷新频率可以达到每秒几百次,但是FP DRAM是用同一个电路存取数据,所以DRAM的存取时间有一定的时间间隔,导致它的存取速度不是很快。另外,在DRAM中,由于存储地址空间是按页排列的,当访问某一页时,切换到另一页会占用CPU额外的时钟周期。其接口多为72线SIMM型。Edo DRAM:Edo RAM-扩展数据输出RAM-外部扩展数据模式存储器。EDO-RAM和FP DRAM一样,取消了扩展数据输出存储器和传输存储器两个存储周期的时间间隔,在向CPU发送数据的同时访问下一页,因此速度比普通DRAM快15~30%。工作电压一般为5V,其接口方式多为72线SIMM型,但也有168线DIMM型。EDO DRAM,内存的一种,流行于486和早期的奔腾电脑。现在的标准是SDRAM(synchronous DRAM的缩写),顾名思义就是与系统时钟频率同步。SDRAM存储器访问采用突发模式,其原理是SDRAM在现有的标准动态存储器上增加同步控制逻辑(一个状态机),使用单一系统时钟同步所有地址数据和控制信号。使用SDRAM不仅可以提高系统性能,还可以简化设计,提供高速数据传输。在功能上,它类似于传统的DRAM,也需要时钟来刷新。可以说SDRAM是一种结构改进的增强型DRAM。然而,SDRAM如何利用其同步特性来满足高速系统的需求呢?众所周知,我们使用的所有动态内存技术都是基于异步控制的。在使用这些异步动态存储器时,系统需要插入一些等待状态来满足异步动态存储器的需要。这时候指令的执行时间往往是由内存的速度决定的,而不是系统本身所能达到的最高速度。比如在缓存中存储连续数据时,速度为60ns的快速页存储器需要40ns的页周期时间;当系统速度运行在100MHz(一个时钟周期为10ns)时,每次进行数据访问都需要等待4个时钟周期!使用SDRAM,由于它的同步特性,可以避免这个时间。SDRAM结构的另一大特点是支持同时打开两列DRAM地址。两个开放存储体之间的存储器访问可以被交叉处理。一般在银行访问过程中可以隐藏预置或活动列,即在读或写的同时可以预置一个银行。据此,在整个设备读取或写入时,可以实现100MHz的无缝数据速率。因为SDRAM的速度限制了系统的时钟速度,所以它的速度是以MHz或者ns来计算的。SDRAM的速度至少不能低于系统时钟速度。SDRAM访问通常发生在四个连续的突发周期,第一个突发周期需要四个系统时钟周期,第二到第四个突发周期只需要1个系统时钟周期。用数字表示如下:4-1-1-1。顺便说一下,BEDO(爆裂江户)也叫爆裂江户记忆。其实它的原理和性能和SDRAM差不多,因为英特尔的芯片组支持SDRAM,也因为英特尔的市场领先地位,SDRAM成为了市场标准。

DRAMR的两种接口类型DRAM主要有两种接口类型,早期的SIMM和现在的标准DIMM。SIMM是单列直插式内存模块(single-in-line memory module)的简称,即单面接触式内存模块,是486及其早期PC中常见的内存接口方式。早期的PC(486之前)多采用30针SIMM接口,奔腾多采用72针SIMM接口,或者与DIMM接口类型并存。SIMM是双列直插式内存模块(Dual In-Line Memory Module)的简称,即双边接触式内存模块,也就是说这类接口内存的插板两侧都有数据接口触点。内存的这种接口方式在现代电脑中应用非常广泛,通常是84针,但是因为是双边的,一个* * *有84×2=168线接触,所以人们经常称这种内存为65438。DRAM内存通常是72线,EDO-RAM内存既有72线也有168线,SDRAM内存通常是168线。

在新世纪到来之际,新的内存标准也给计算机硬件带来了巨大的变化。计算机的制造技术已经发展到了千兆的边缘,可以提高微处理器(CPU)的时钟频率。相应的内存也必须跟上处理器的速度。现在有两个新标准,DDR SDRAM内存和Rambus内存。它们之间的竞争将成为PC内存市场竞争的核心。DDR SDRAM代表了内存的逐渐演变。Rambus代表了计算机设计的重大变革。从更远的角度来看。DDR SDRAM是一种开放标准。然而,Rambus是一项专利。他们之间的胜者将对计算机制造业产生巨大而深远的影响。

RDRAM的工作频率有了很大的提升,但这种结构上的变化涉及到包括芯片组、DRAM制造、封装、测试甚至PCB和模块在内的全面变化,可谓是一个整体。未来高速DRAM结构发展如何?英特尔重新组装重新发行的820芯片组真的能如其所愿让RDRAM登上主流宝座吗?

PC 133 SDRAM:PC 133 SDRAM基本上只是PC100 SDRAM的扩展。无论在DRAM制造、封装、模块、连接器上,都延续了旧的规格,它们的生产设备都是一样的,所以生产成本和PC100 SDRAM差不多。严格来说,两者唯一的区别就是在同样的工艺技术下,多了一道“筛选”的程序,来挑选速度为133MHz的颗粒。如果配合可以支持133MHz外接频率的芯片组,将CPU的前端总线频率提升到133MHz,那么DRAM带宽可以提升到1GB/秒以上,从而提升整体系统性能。

DDR-SDRAM: DDR SDRAM(双倍数据速率DRAM)或SDRAM II,因为DDR可以在时钟的上升沿和下降沿传输数据,实际带宽增加了三倍,性价比大大提高。在实际功能对比方面,PC133衍生的第二代PC266 DDR SRAM(133MHz时钟× 2倍数据传输= =266MHz带宽)不仅在最新的《研讯》测试报告中显示其性能平均比Rambus高24.4%,在《美光》的测试中也优于其他高带宽方案,充分显示了DDR的性能。

直接Rambus-DRAM :Rambus DRAM的设计与之前的DRAM有很大不同,它的微控制器不同于一般的内存控制器,这使得芯片组必须重新设计才能满足要求。此外,数据通道接口也不同于一般的内存。Rambus在两个数据通道中传输数据,每个通道8位(9位带ECC)。虽然比SDRAM的64bit窄,但是它的时钟频率可以高达400MHz,并且可以在时钟的上升沿和下降沿传输数据,所以可以达到1.6 GB/秒的峰值带宽。

各种DRAM规格的数据带宽综合对比:数据带宽方面,传统的PC100在时钟频率为100MHz的情况下,峰值数据传输速率可以达到800 MB/秒。如果DRAM采用先进的0.25微米线程制造,大部分可以“筛选”时钟频率为133MHz的PC133颗粒,可以将峰值数据传输速率再次提高到1.06 GB/秒。只要CPU和芯片组能够配合,整体系统性能是可以提升的。另外,就DDR而言,由于它可以在时钟的上升沿和下降沿都传输数据,在同样的时钟频率133MHz下,其峰值数据传输将大幅提升两倍,达到2.1gb/秒的水平,性能甚至高于Rambus目前所能达到的1.6 GB/秒。

传输方式:传统SDRAM采用并行数据传输方式,Rambus采用特殊的串行传输方式。在串行传输模式下,数据信号全部进出,可以将数据带宽降低到16bit,大大提高工作时钟频率(400MHz),但也形成了模块数据传输设计上的局限性。也就是说,在串行模式下,如果其中一个模块损坏或形成开路,整个系统将无法正常启动。所以,对于带有Rambus内存条的主板,必须完全填满三组内存扩展槽。如果Rambus模块不足,只有继电器模块(连续性RIMM模块;;C-RIMM),纯粹用于提供信号的串行连接和平滑的数据传输。

模块和PCB设计:由于Rambus工作频率高达400MHz,所以在电路设计、电路布局、颗粒封装、存储模块设计等方面与SDRAM有很大不同。就模块设计而言,由RDRAM组成的内存模块被称为RIMM(内存模块中的Rambus)。目前设计可以由不同数目的RDRAM颗粒组成,如4,6,8,12,16。虽然管脚数增加到184,但整个模块的长度相当于原来DIMM的长度。

此外,在设计上,Rambus的每个传输通道可以承载的芯片粒子数量有限(最多32个),这将限制RDRAM存储模块的容量。也就是说,如果已经安装了一个16 RDARM粒子的RIMM模块,要想扩展内存,最多只能安装一个16 RDARM的模块。另外,由于RDARM工作在高频,会产生高温,所以RIMM模块必须设计一层热沉,这也增加了RIMM模块的成本。

颗粒封装:DRAM封装技术已经从最早的DIP和SOJ改进到TSOP。从主流的SDRAM模块来看,除了盛创科技首创的TinyBGA技术和乔峰科技首创的BLP封装模式外,大部分仍然采用TSOP封装技术。

随着DDR和RDRAM的相继推出,存储器频率提高到更高的水平,TSOP封装技术逐渐无法满足DRAM设计的要求。从Intel推的RDRAM来看,采用了新一代的μBGA封装,相信未来DDR等其他高速DRAM封装也会采用相同或不同的BGA封装方式。

RDRAM虽然在时钟频率上有所突破,有效提升了整个系统的性能,但其规格与目前主流的SDRAM差距较大,不仅与现有系统芯片组不兼容,而且被Intel垄断。甚至在DRAM模块的设计上,不仅采用了最新的BGA封装方式,甚至在电路板的设计上,也采用了8层板的严格标准,更不用说测试设备的巨额投入了。大部分DRAM和模组厂商都不敢贸然跟进。

况且因为Rambus是专利标准,所以厂商想要生产RDRAM必须先获得Rambus的认证,并支付高额的专利费。不仅增加了DRAM厂商的成本负担,他们还担心在制定下一代存储器标准时会失去原有的规格控制能力。

由于RIMM模块最多只能有32个粒子,Rambus应用受到限制,只能用在入门级服务器和高级PC上。或许就PC133而言,在性能上无法与Rambus抗衡,但一旦集成DDR技术,其数据带宽可达2.1 GB/秒,不仅领先于Rambus的1.6 GB/秒标准,而且由于其开放的标准和远高于Rambus的兼容性,估计会对Rambus造成极大的伤害。更何况,在台湾省与威盛、AMD结盟的大力支持下,英特尔能否照常发号施令还不清楚。至少在低价PC和网络PC方面,Rambus会有很小的市场。

结论:虽然英特尔采取了各种战略布局和对策来挽回Rambus的势头,但毕竟Rambus这种突破性规格的产品有很多难以克服的内在问题。或许英特尔可以通过改变主板的RIMM插槽模式,或者提出SDRAM和RDRAM***共存的过渡方案(S- RIMM、RIMM Riser)来解决技术问题。但说到控制量产成本,就不会被英特尔垄断了。而且在网络趋势下,计算机应用会越来越低价,市场需求方是否对Rambus感兴趣还有待检验。供应方面,从NEC原有的VCM SDRAM规格,三星等DRAM厂商对Rambus的保守态度,以及相关封装测试设备的投入不足来看,估计年底前Rambus内存条依然缺乏与PC133甚至DDR的价格竞争力。

从长远来看,Rambus架构可能会成为主流,但应该不再是主导市场的绝对主流,而SDRAM架构(PC133,DDR)在低成本和应用领域广的优势上应该会有非常不错的表现。相信未来的DRAM市场将是多种结构并存的局面。

最新消息,有望成为下一代内存主力的Rambus DRAM因芯片组迟迟不推出而略显沮丧。鉴于DDR SDRAM的标准化,全球许多半导体和计算机制造商已经形成了AMII(Advanced Memory International Inc .)阵营。然后决定积极推动PC1600和PC2100 DDR SDRAM的规格标准化,比PC200和PC266快10倍以上,使得Rambus DRAM和DDR SDRAM之争进入新的局面。全球第二大微处理器厂商AMD决定旗下Athlon处理器将采用PC266规格的DDR SDRAM,并决定在今年年中之前开发出支持DDR SDRAM的芯片组,极大地鼓舞了DDR SDRAM阵营。全球内存行业很有可能将未来投资的重心从Rambus DRAM转移到DDR SDRAM。

综上所述,今年DDR SDRAM的发展势头高于RAMBUS。而且DDR SDRAM的生产成本只有SDRAM的1.3倍,在生产成本上更有优势。