內存(DDR/DDR2/DDR3/DDR4)的速度等級和時鐘頻率———個人筆記

以下全部圖片均來自鎂光(Micron)公司產品的數據手冊。

DDR:

以MT48LCxx型號的DDR內存芯片爲例,數據手冊中給出如圖1所示的一個表格。從表格中可以看出它的主頻(Clock Frequency)。

圖1 不同速度等級的DDR主頻

它的主頻與傳輸數據的頻率相同。我們可以從時序圖中觀察出來。隨便在數據手冊中截過來一個有數據傳輸的時序圖,如圖2所示。

圖2 輸出數據Dout與CLK的對比

 Dout(輸出的數據)的時長與tCK(tCK:主頻一個時鐘週期的時長)是一致的。因此在DDR中,主頻(Fclk)與速度等級(Speed Grade,速度等級不是數據傳輸帶寬)是相等的。

帶寬(B)需要數據頻率乘上數據的位寬,比如這個內存芯片的數據位寬是16bit,主頻爲133MHz.那麼帶寬B=133*16*1000000 bit/s.(內存和通信速率中1M=1024k,1k=1024bit;但時鐘頻率的1M=1000k,1k=1000Hz)

DDR2:

DDR2與DDR最大的區別在於雙邊緣“操作”。爲了清晰地看出DDR2的雙邊操作,先來看一下圖3.

圖3 一個tCK內有兩個數據被讀出

那麼與DDR對比來看,DDR2與DDR的主頻一樣時候,前者速率是後者的2倍。我們所說的DDR2-1066或DDR2-800中的1600和800其實是兩種速度等級也就是:Speed Grade(以下簡寫爲SG),很顯然DDR2-1066內存芯片上差分時鐘線CLK和CLK#的頻率爲533MHz.DDR2-800內存芯片上差分時鐘線CLK和CLK#的頻率爲400MHz.(CLK和CLK#是頻率一樣,相位差爲180的一對差分時鐘)。

DDR2中SG=Fclk*2.假設16bit的位寬,那麼帶寬B=SG*16 bit/s.在手冊中,讀者可以根據以下兩圖中的數據做一個對比(紅色框標記部分)。

DDR3:

DDR3與DDR2是一樣的套路。只不過DDR3的Fclk提高了。相應的SG也提高了。例如DDR3-1866,那麼它的CLK和CLK#的時鐘頻率Fclk=933MHz,它的tCK=1.071ns.

DDR4:

以此類推,DDR4也是按照這種套路。DDR4的數據速度爲。例如DDR4-3200,它的tCK=0.0625ns=2*1/3200*1000,它的CLK和CLK#的時鐘頻率Fclk=1600MHz.

總結:從DDR2之後,速度等級與主頻(CLK和CLK#的頻率)之間的換算沒有發生任何變化。一味地僅僅提高頻率不能算是根本上的革新。我們都知道頻率的增加務必導致功耗的增加。但新一代的內存總比舊一代的內存有優勢之處,例如DDR2在刷新時可以選擇單個Bank的刷新,而DDR3可以根據當前器件的溫度進行刷新,這樣也能夠在速度保證的同時有效地降低功耗。另外僅僅頻率的提升也不能算做革新革代的標準,例如DDR3比DDR2多了ZQ引腳(External reference ball for output drive calibration)等。

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