3.1.2 DDR2标准

作者: 王达 出处:电子工业出版社易飞思公司 　2007-10-25 13:47　   砖    好    评论  条 　进入论坛

阅读提示：《网管员必读——服务器与存储》第3章为大家介绍的是目前主流应用的一些服务器内存技术，如ECC、FB-DIMM、DDR2-500、DDR3，以及IBM、HP各自的一些服务器内存技术。本节介绍了DDR2标准。

3.1.2  DDR2标准

2006年关于内存讨论最多的话题就是DDR2。虽然Intel在2004年就开始对DDR2内存进行了支持，不过由于当时DDR2在技术及性能上仍不太完善，特别当时广受玩家追捧的AMD的Athlon64处理器仍然对DDR进行鼎力支持，使得DDR2在市场上并没有取得成功。真正把DDR2内存推向主流市场的是Intel，2004年，首批DDR2平台芯片组915（如图3-2所示）正式发布，然而DDR2内存的道路却异常坎坷，因为早期的DDR2内存型号只有400和533，而DDR2 533的性能只和DDR 400在伯仲之间，结果导致DDR2内存被认为“高频低能”。最终还是DDR自身的不足造就了DDR2标准的发展，因为DDR因设计原因，主频止步于400MHz，而DDR2却可以轻松突破。后来，AMD全面引入对DDR2内存的支持，DDR2内存也因此迅速进入了大家的视野。

图3-2  Intel支持DDR2标准的915P芯片组

DDR2是由JEDEC（电子设备工程联合委员会）进行开发的。它与上一代DDR内存技术标准最大的不同就是，虽然同是采用了在时钟的上升/下降同时进行数据传输的基本方式，但DDR2内存却拥有两倍于上一代DDR内存预读取能力。

1．DDR2内存基本特性

DDR内存的核心频率与时钟频率相等，但数据频率为时钟频率的两倍，也就是说在一个时钟周期内必须传输两次数据；而DDR2采用“4bit Prefetch（4位预取）”机制，核心频率仅为时钟频率的一半，时钟频率只为数据频率的一半，这样即使核心频率只有200MHz，DDR2内存的数据频率也能达到800MHz，也就是所谓的DDR2 800了。换句话说，DDR2内存每个时钟能够以4倍外部总线的速度读/写数据，并且能够以内部控制总线4倍的速度运行。如图3-3所示为DDR2内存与上一代DDR内存，以及SD内存的性能比较。从图中可以看出，DDR2内存的执行速率是DDR的2倍，是SD内存的4倍。DDR2的各项基本性能如表3-1所示。
此外，由于DDR2标准规定所有DDR2内存均采用FBGA（Fine Ball Grid Array，塑封球栅阵列）封装形式，而不同于目前广泛应用的TSOP（Thin Small Outline Package，薄型小尺寸封装）/TSOP-II封装形式，FBGA封装可以提供更为良好的电气性能与散热性，为DDR2内存的稳定工作与未来频率的发展提供了坚实的基础。如图3-4所示的左图为TSOP封装（针脚外露，是通过引线连接的）内存，而右图为FGBA封装的内存（看不到引脚，是通过小球点接触连接的）。

图3-3  DDR2与DDR、SD内存性能的比较

表3-1  DDR2内存基本特性

比较选项	DDR	DDR2
数据传输速率	200/266/333/4000MHz	400/533/667MHz
时钟频率	100/133/166/200	200/266/333
内存频率	100/133/166/200	100/133/166
Batch reading size（批量读取数）	2/4/8	4/8
Data Strobe（数据选通脉冲）	Single DQS（单向数据选通脉冲）	Differential Strobe（差分选通脉冲）；DQS（数据选通脉冲）
CAS Latency（CL，CAS延迟时间）注：CAS为“Column Address Strobe”（列地址过滤）	1.5/2/2.5	3/4/5
Write Latency（写延迟时间）	1T（1周期）	Write Latency-1（写延迟时间-1秒）
I/O Width（I/O总线带宽）	×4/×/8/×16	×4/×/8/×16
Output Calibration（输出校准）	none	OCD（Off-Chip Driver，离线驱动调整）
封装	TSOP	FBGA
发热量	大	小
针脚模组	184Pin	240Pin

图3-4  TSOP和FBGA封装图示

目前，已有的标准DDR2内存分为DDR2 400和DDR2 533，今后还会有DDR2 667和DDR2 800。根据以上的DDR2特性可知它们的核心频率分别为100MHz、133MHz、166MHz和200MHz，总线频率（时钟频率）分别为200MHz、266MHz、333MHz和400MHz，等效的数据传输频率则分别为400MHz、533MHz、667MHz和800MHz，而对应的内存传输带宽分别为3.2Gbps、4.3Gbps、5.3Gbps和6.4Gbps；按照内存传输带宽它们又分别标注为PC2 3200、PC2 4300、PC2 5300和PC2 6400。

2．DDR2内存新特性

DDR及DDR2同样都是64位的界面，DDR2需要240针脚，而DDR只需184针脚。DDR2的工作电压是1.8V，DDR是2.5V。DDR颗粒容量为128~1GB，DDR2是256~2GB（甚至更高）；DDR的消耗功耗为527mW，DDR2是247mW，差不多一半。DDR2借由4位预存取长度及双倍外部时钟信号来增加它的速度，并且使用FBGA封装技术，1.8V的工作电压，拥有良好的电气性能及较低的功耗。从表3-1可以看出，DDR2相对DDR来说具有许多新的特性，下面具体说明。

1）读、写延时

从如图3-2所示可以看出，在同等核心频率下，DDR2的实际工作频率是DDR的两倍。这得益于DDR2内存拥有两倍于标准DDR内存的4位预读取能力。也就是说，虽然DDR2和DDR一样都采用了在时钟的上升延和下降延同时进行数据传输的基本方式，但DDR2拥有两倍于DDR的预读取系统命令数据的能力。

这样也就出现了另一个问题：在同等工作频率的DDR和DDR2内存中，后者的内存延时要慢于前者。举例来说，DDR 200和DDR2 400具有相同的延迟，而后者具有高一倍的带宽。实际上，DDR2 400和DDR 400具有相同的带宽，它们都是3.2Gbps，但是DDR 400的核心工作频率是200MHz，而DDR2 400的核心工作频率是100MHz，也就是说DDR2 400的延迟要高于DDR 400。

2）封装和发热量

DDR2内存技术最大的突破点不在于用户所认为的两倍于DDR的传输能力，而是在采用更低发热量、更低功耗的情况下，DDR2可以获得更快的频率提升，突破标准DDR的400MHz限制。

DDR内存通常采用TSOP芯片封装形式，这种封装形式可以很好地工作在200MHz上，但当频率更高时，它过长的管脚就会产生很高的阻抗和寄生电容，影响它的稳定性和频率提升的难度。这也就是DDR的核心频率很难突破275MHz的原因。而DDR2内存均采用FBGA封装形式，提供了更好的电气性能与散热性，为DDR2内存的稳定工作与未来频率的发展提供了良好的保障。

DDR2内存采用1.8V电压，相对于DDR标准的2.5V，降低了不少，从而提供了明显的更小的功耗与更小的发热量，这一点的变化意义是重大的。

除了以上所说的区别外，DDR2还引入了3项新的技术，它们是：OCD、ODT和Post CAS。

3）OCD（Off-Chip Driver，离线驱动调整）

DDR2通过OCD技术（通过加入一些I/O驱动电阻来实现）可以提高信号的完整性。DDR2通过调整上拉（pull-up）/下拉（pull-down）的电阻值使两者电压相等。使用OCD通过减少DQ-DQS的倾斜来提高信号的完整性；通过控制电压来提高信号品质。如图3-5所示为无OCD和有OCD情况下的输出信号对比。

4）ODT（On-DieTermination，内建终结电阻）

使用DDR SDRAM的主板上面为了防止数据线终端反射信号需要大量的终结电阻（如图3-6所示），不仅大大增加了主板的制造成本，而且还使整个内存板面不美观。实际上，不同的内存模组对终结电路的要求是不一样的，终结电阻的大小决定了数据线的信号比和反射率，终结电阻小则数据线信号反射率低但是信噪比也较低；终结电阻高，则数据线的信噪比高，但是信号反射率也会增加。因此主板上的终结电阻并不能非常好地匹配内存模组，还会在一定程度上影响信号品质。

图3-5  是否有OCD技术两种情况下的输出信号

图3-6  DDR与DDR2的终结电阻位置

DDR2可以根据自已的特点内建合适的终结电阻，在每一个芯片上终止内存信号来增强内存质量与完整性。这样可以取消主板上用于减少信号反射的终结电阻器，简化了主板设计，降低设计制造成本，还可保证最佳的信号波形。

5）Post CAS（前置列地址选通脉冲）

Post CAS是为了提高DDR2内存的利用效率而设定的。在Post CAS操作中，CAS信号（读写/命令）能够被插到RAS信号后面的一个时钟周期，CAS命令可以在附加延迟（Additive Latency，AL）后面保持有效。原来的tRCD（RAS到CAS延迟）被AL所取代，因为AL可以在0、1、2、3、4中进行设置。由于CAS信号放在了RAS信号后面一个时钟周期，因此ACT和CAS信号永远也不会产生碰撞冲突。

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