從DDR的前世與今生入手，關(guān)于存儲的基礎(chǔ)知識，你又知道多少呢？

DDR SDRAM全稱為Double Data Rate SDRAM，中文名為“雙倍數(shù)據(jù)率SDRAM”。DDR是在原有的SDRAM的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來，嚴(yán)格的說DDR應(yīng)該叫DDR SDRAM，人們習(xí)慣稱為DDR。

說到這里，很多人可能會問SDRAM、DRAM、SRAM或者RAM、ROM到底是什么鬼，怎么區(qū)別的？小編還是來簡單普及下關(guān)于存儲的基礎(chǔ)知識吧。

ROM和RAM指的都是半導(dǎo)體存儲器，ROM是只讀存儲器（Read-Only Memory）的簡稱，是一種只能讀出事先所存數(shù)據(jù)的固態(tài)半導(dǎo)體存儲器，其特性是一旦儲存資料就無法再將之改變或刪除。通常用在不需經(jīng)常變更資料的電子或電腦系統(tǒng)中，資料并且不會因為電源關(guān)閉而消失。RAM是Random Access Memory的縮寫，即隨機存儲器，隨機是指數(shù)據(jù)不是線性依次存儲，而是自由指定地址進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫，通俗來說就是可以以任何順序訪問，而不管前一次訪問的是哪一個位置。ROM在系統(tǒng)停止供電的時候仍然可以保持?jǐn)?shù)據(jù)，而RAM通常都是在掉電之后就丟失數(shù)據(jù)，典型的RAM就是計算機的內(nèi)存。

RAM又分兩大類，一種稱為靜態(tài)RAM（Static RAM/SRAM），是一種具有靜止存取功能的內(nèi)存，不需要刷新電路即能保存它內(nèi)部存儲的數(shù)據(jù)，也就是說加電情況下，不需要刷新，數(shù)據(jù)不會丟失。SRAM速度非?？?，是早期讀寫最快的存儲設(shè)備了，但是SRAM也有它的缺點，即它的集成度較低，相同容量的內(nèi)存需要很大的體積，且功耗較大；同時它也非常昂貴，所以只在要求很苛刻的地方使用，譬如CPU的一級緩存，二級緩存。另一種稱為動態(tài)RAM（Dynamic RAM/DRAM），DRAM 只能將數(shù)據(jù)保持很短的時間，為了保持?jǐn)?shù)據(jù)，DRAM使用電容存儲，所以必須隔一段時間刷新（refresh）一次，如果存儲單元沒有被刷新，存儲的信息就會丟失（關(guān)機就會丟失數(shù)據(jù)）；它的速度也比SRAM慢，不過它還是比任何的ROM都要快，但從價格上來說DRAM相比SRAM要便宜很多，計算機內(nèi)存就是DRAM的。

SDRAM又是在DRAM的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，同時也是屬于DRAM中的一種。SDRAM即Synchronous DRAM，同步動態(tài)隨機存儲器，同步是指 Memory工作需要同步時鐘，內(nèi)部命令的發(fā)送與數(shù)據(jù)的傳輸都以它為基準(zhǔn)；

DDR SDRAM又是在SDRAM的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，這種改進(jìn)型的DRAM和SDRAM是基本一樣的，不同之處在于它可以在一個時鐘讀寫兩次數(shù)據(jù)，這樣就使得數(shù)據(jù)傳輸速度加倍了。這是目前電腦中用得最多的內(nèi)存，而且它有著成本優(yōu)勢。

也就是說我們現(xiàn)在使用的DDR SDRAM其實就是屬于DRAM的一種，在一些內(nèi)存顆粒的廠家通常會把DDR SDRAM劃分到DRAM分類里面，如下圖一所示。

圖一

當(dāng)然DDR還會根據(jù)它的不同應(yīng)用分成其他的類型，如GDDR主要用于圖形處理，LPDDR主要用于低功耗等移動消費性電子，但萬變不離其宗，他們都是基于DDR的一些原理演變而來，根據(jù)大家的要求我們后續(xù)也會有專門的話題來介紹GDDR以及LPDDR。如下是另一家內(nèi)存廠商根據(jù)不同應(yīng)用市場的分類：

圖二

看了前面的一些介紹，大家是否對我們今天的主人公DDR的前世有了一些認(rèn)識？那么問題來了，那么SDRAM和DDR SDRAM到底有哪些區(qū)別，等長怎么控？請從速率和PCB設(shè)計的角度來分析。

SDRAM與DDR SDRAM

SDRAM是比較久遠(yuǎn)的事情了，但我們一說到它肯定不會和DDR混淆，我們通常理解的SDRAM其實是SDR SDRAM，為SDRAM的第一代，而DDR1則為第二代，乃至到我們現(xiàn)在使用的DDR4，其實為第五代SDRAM，在此需要澄清一下。

他們的本質(zhì)區(qū)別就是周期操作方式（也稱時鐘采樣）的差異，這就導(dǎo)致后面設(shè)計上很大的不同。SDR都是“單數(shù)據(jù)傳輸模式”，這種內(nèi)存的特性是在一個內(nèi)存時鐘周期中，在一個波形上升沿時進(jìn)行一次操作（讀或?qū)懀?，而DDR則引用了一些新的設(shè)計及技術(shù)，其在一個內(nèi)存時鐘周期中，在波形上升沿時進(jìn)行一次操作，在方波的下降沿時也做一次操作，相當(dāng)于在一個時鐘周期中，DDR則可以完成SDR兩個周期才能完成的任務(wù)，所以理論上同速率的DDR內(nèi)存與SDR內(nèi)存相比，性能要超出一倍，可以簡單理解為100MHZ DDR=200MHZ SDR。

至于SDR在設(shè)計上等長應(yīng)該如何考慮，我想這個可能是大家最感興趣的問題了，雖然SDR的應(yīng)用已經(jīng)不多了，但還是經(jīng)常有人會來問我們，下面采用個人覺得比較好的網(wǎng)友答復(fù)給大家也來個參考。

二羔子網(wǎng)友說：“雖然都叫同步動態(tài)隨機存儲器，但是在技術(shù)上有很大差別，sdram屬于第一代ram，ddr-sdram屬于第二代ram，運用的是double data rate和預(yù)存取技術(shù)，傳輸速率是第一代的兩倍以上。在layout時，sdram甚至不用做等長，高性能要求除外?！?/p>

山水江南網(wǎng)友說：“Sdram是共同時鐘同步，數(shù)據(jù)和時鐘信號不用等長，但有最長的要求，所以走線盡可能的短。”

還有其他的一些網(wǎng)友也有類似的觀點，我們比較同意這種說法，正常來說如果SDR頻率在100MHz以下，等長范圍可以較大，相對來講都可以不用刻意去控了，而如果頻率超過100MHz以上，在PCB設(shè)計上就需要特別注意了，可以通過一個準(zhǔn)確的時序仿真來計算等長，我們的經(jīng)驗法則是盡量控制所有信號的長度，在可控的情況下最好是長度不超過3inch。這個在高速先生前期的文章時序設(shè)計里面有說到，在此就不再解釋了。

好了，現(xiàn)在正式回到我們的DDR時代，如下圖一是SDR到DDR4的近似發(fā)展路線及速率圖。

圖三 DDR發(fā)展路線及速率圖

內(nèi)存的傳輸速度得以快速提升，除了芯片制造工藝的進(jìn)步之外，關(guān)鍵的技術(shù)就是雙倍數(shù)據(jù)速率以及預(yù)存取。實際上內(nèi)存的內(nèi)核頻率基本上是保持一致的，都是100MHz到200MHz之間。一般認(rèn)為200MHz的內(nèi)存內(nèi)核頻率是當(dāng)前技術(shù)的極限（超頻除外）。DDR技術(shù)使數(shù)據(jù)傳輸速度提升了一倍，如下圖所示， DDR在時鐘信號上、下邊沿同時采樣數(shù)據(jù)。這樣如果同樣是200MHz的時鐘，DDR可以達(dá)到400Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸速度。

圖四 DDR的時序

預(yù)存取技術(shù)則有效提升了芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸速度。預(yù)存?。≒refetch）增加了DDR存儲陣列的位寬，如圖五所示是DDR2和DDR3的預(yù)存取過程，可以看到，因為預(yù)存取從4比特提升到了8比特，所以相同的總線頻率和數(shù)據(jù)率下，DDR3的核心頻率是DDR2的一半。核心頻率降低，可以減小功耗，減少發(fā)熱量，提升內(nèi)存工作穩(wěn)定性。而同樣的內(nèi)存核心頻率下，DDR3的總線頻率和數(shù)據(jù)率是DDR2的一倍。

圖五 DDR2和DDR3的預(yù)存取過程

前面說到了SDR和DDR的區(qū)別，那么DDR不同代之間的區(qū)別又是什么呢？即DDR的后一代相對于前一代的關(guān)鍵技術(shù)突破在哪里（DDRI到DDR4）？