ddr3及ddr4的差異對比

（Double Data Rate Fourth SDRAM）：DDR4提供比DDR3/ DDR2更低的供電電壓1.2V以及更高的帶寬，DDR4的傳輸速率目前可達2133～3200MT/s。DDR4 新增了4 個Bank Group 數(shù)據(jù)組的設計，各個Bank Group具備獨立啟動操作讀、寫等動作特性，Bank Group 數(shù)據(jù)組可套用多任務的觀念來想象，亦可解釋為DDR4 在同一頻率工作周期內(nèi)，至多可以處理4 筆數(shù)據(jù)，效率明顯好過于DDR3。 另外DDR4增加了DBI（Data Bus Inversion）、CRC（Cyclic Redundancy Check）、CA parity等功能，讓DDR4內(nèi)存在更快速與更省電的同時亦能夠增強信號的完整性、改善數(shù)據(jù)傳輸及儲存的可靠性。

以下兩張圖可以清晰對比DDR3以及DDR4的參數(shù)差異：

POD 和SSTL的比較

POD作為DDR4新的驅(qū)動標準，最大的區(qū)別在于接收端的終端電壓等于VDDQ，而DDR3所采用的SSTL接收端的終端電壓為VDDQ/2。這樣做可以降低寄生引腳電容和I/O終端功耗，并且即使在VDD電壓降低的情況下也能穩(wěn)定工作。其等效電路如圖1(DDR4), 圖2(DDR3)。

圖1 POD ((Pseudo Open Drain)

圖2 SSTL(Stub Series Terminated Logic)

這樣修改的優(yōu)點是：

可以看出，當DRAM在低電平的狀態(tài)時，SSTL和POD都有電流流動

圖3 DDR4

圖4 DDR3

而當DRAM為高電平的狀態(tài)時，SSTL繼續(xù)有電流流動，而POD由于兩端電壓相等，所以沒有電流流動。這也是DDR4更省電的原因

圖5 DDR4

圖6 DDR3

BG設計原因

到了DDR4的時代，JESD組織認為，數(shù)據(jù)預取的增加變得更為困難，所以推出了Bank Group的設計。

Bank Group架構(gòu)是什么樣的，有何優(yōu)勢呢？具體來說就是每個Bank Group可以獨立讀寫數(shù)據(jù)，這樣一來內(nèi)部的數(shù)據(jù)吞吐量大幅度提升，可以同時讀取大量的數(shù)據(jù)，內(nèi)存的等效頻率在這種設置下也得到巨大的提升。DDR4架構(gòu)上采用了8n預取的Bank Group分組，包括使用兩個或者四個可選擇的Bank Group分組，這將使得DDR4內(nèi)存的每個Bank Group分組都有獨立的激活、讀取、寫入和刷新操作，從而改進內(nèi)存的整體效率和帶寬。如此一來如果內(nèi)存內(nèi)部設計了兩個獨立的Bank Group，相當于每次操作16bit的數(shù)據(jù)，變相地將內(nèi)存預取值提高到了16n；如果是四個獨立的Bank Group，則變相的預取值提高到了32n。

DDR3 Multi-drop bus	DDR4 Point to Point

在DDR3內(nèi)存上，內(nèi)存和內(nèi)存控制器之間的連接采用是通過多點分支總線來實現(xiàn)。這種總線允許在一個接口上掛接許多同樣規(guī)格的芯片。我們都知道目前主板上往往為雙通道設計四根內(nèi)存插槽，但每個通道在物理結(jié)構(gòu)上只允許擴展更大容量。這種設計的特點就是當數(shù)據(jù)傳輸量一旦超過通道的承載能力，無論你怎么增加內(nèi)存容量，性能都不見的提升多少。這種設計就好比在一條主管道可以有多個注水管，但受制于主管道的大小，即便你可以增加注水管來提升容量，但總的送水率并沒有提升。因此在這種情況下可能2GB增加到4GB你會感覺性能提升明顯，但是再繼續(xù)盲目增加容量并沒有什么意義了，所以多點分支總線的好處是擴展內(nèi)存更容易，但卻浪費了內(nèi)存的位寬。(通過這個理解帶寬)

數(shù)據(jù)總線倒置 (DBI)

如上面描述，根據(jù)POD的特性，當數(shù)據(jù)為高電平時，沒有電流流動，所以降低DDR4功耗的一個方法就是讓高電平盡可能多，這就是DBI技術(shù)的核心。舉例來說，如果在一組8-bit的信號中，有至少5-bit是低電平的話，那么對所有的信號進行反轉(zhuǎn)，就有至少5-bit信號是高電平了。DBI信號變?yōu)榈捅硎舅行盘栆呀?jīng)翻轉(zhuǎn)過(DBI信號為高表示原數(shù)據(jù)沒有翻轉(zhuǎn))。這種情況下，一組9根信號（8個DQ信號和1個DBI信號）中，至少有五個狀態(tài)為高，從而有效降低功耗。

圖7 DBI Example

參考電壓Vref

眾所周知，DDR信號一般通過比較輸入信號和另外一個參考信號（Vref）來決定信號為高或者低，然而在DDR4中，一個Vref卻不見了，先來看看下面兩種設計，可以看出來，在DDR4的設計中，VREFCA和DDR3相同，使用外置的分壓電阻或者電源控制芯片來產(chǎn)生，然而VREFDQ在設計中卻沒有了，改為由芯片內(nèi)部產(chǎn)生，這樣既節(jié)省了設計費用，也增加了Routing空間。

圖9 DDR3設計

圖10 DDR4設計

DRAM內(nèi)部VREFDQ通過寄存器(MR6)來調(diào)節(jié)，主要參數(shù)有Voltage range, step size, VREF step time, VREF full step time ，如下表所示。

表4 參考電壓

每次開機的時候，DRAM Controller都會通過一系列的校準來調(diào)整DRMA端輸入數(shù)據(jù)信號的VREFDQ，優(yōu)化Timing和電壓的Margin，也就是說，VREFDQ 不僅僅取決于VDD, 而且和傳輸線特性，接收端芯片特性都會有關(guān)系，所以每次Power Up的時候，VREFDQ的值都可能會有差異。