一文讀懂SDRAM內(nèi)存模組與基本概念

作者：啟芯硬件生活圈 2020-09-14 15:43:53

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本文可以了解到，DDR-DDR4內(nèi)存模塊的差異以及對比;邏輯BANK的概念與定義;芯片的位寬的解釋。

本文可以了解什么?

DDR-DDR4內(nèi)存模塊的差異以及對比;
邏輯BANK的概念與定義;
芯片的位寬的解釋。

下圖是DDR3的PHY IP Core的定義規(guī)范。

DDR-DDR4的物理結(jié)構(gòu)差異

首先，我們來對比一下DDR, DDR2, DDR3 SDRAM, and DDR4 SDRAM物理結(jié)構(gòu)上的差別，如下圖所示。

下表是SDRAM-DDR4前后的電壓，時鐘，速率的對比詳圖。

SDRAM, DDR1, DDR2, DDR3以及DDR4對比表

邏輯BANK與芯片位寬

我們平時看到的SDRAM都是以模組形式出現(xiàn)，即便是手機或者pad中的內(nèi)存單元，一般一會是好幾顆，為什么要做成這種形式呢?要解釋這個問題，首先要接觸到兩個概念：物理Bank與芯片位寬。

1、邏輯Bank

簡單地說，SDRAM的內(nèi)部是一個存儲陣列。由于采用管道式存儲(如同排隊買票)，就很難做到隨機訪問了。

陣列就如同表格一樣，將數(shù)據(jù)"填"進去，你可以它想象成一張表格。和表格的檢索原理一樣，先指定一個行(Row)，再指定一個列(Column)，我們就可以準確定位所需要的單元格，這就是內(nèi)存芯片尋址的基本原理。對于內(nèi)存來說，這個單元格可稱為存儲單元，那么這個表格(存儲陣列)我們就稱之為邏輯Bank(Logical Bank)。

由于SDRAM的工作原理限制，單一的邏輯Bank將會造成非常嚴重的尋址沖突，大幅降低內(nèi)存效率，因此由于技術、成本等各方面原因，不可能一顆芯片只做一個全容量的邏輯Bank。所以架構(gòu)師在SDRAM內(nèi)部分割成多個L-Bank，在DDR2的標準中，邏輯Bank的數(shù)量是8個。

這樣一來，在進行尋址時就要先確定是哪個邏輯Bank，然后再在這個選定的邏輯Bank中選擇相應的行與列定位內(nèi)存單元進行尋址。可見對內(nèi)存的訪問，一次只能是一個邏輯Bank工作，而每次交換的數(shù)據(jù)就是邏輯Bank存儲陣列中一個"存儲單元"的容量。

2、芯片位寬

傳統(tǒng)內(nèi)存系統(tǒng)為了保證CPU的正常工作，必須一次傳輸完CPU在一個傳輸周期內(nèi)所需要的數(shù)據(jù)。而CPU在一個傳輸周期能接受的數(shù)據(jù)容量就是CPU數(shù)據(jù)總線的位寬，單位是bit(位)。當時控制內(nèi)存與CPU之間數(shù)據(jù)交換的芯片也因此將內(nèi)存總線的數(shù)據(jù)位寬等同于CPU數(shù)據(jù)總線的位寬，內(nèi)存的位寬需要與CPU對應，才能正常運行。

SDRAM內(nèi)存系統(tǒng)必須要組成一個物理Bank的位寬，才能使CPU正常工作，那么這個物理Bank位寬怎么得到呢?這就涉及到了內(nèi)存芯片的結(jié)構(gòu)。

每個內(nèi)存芯片也有自己的位寬，即每個傳輸周期能提供的數(shù)據(jù)量。理論上，完全可以做出一個位寬為64bit的芯片來滿足物理Bank的需要，但這對技術的要求很高，在成本和實用性方面也都處于劣勢。所以芯片的位寬一般都較小。對于臺式機市場所用的SDRAM芯片位寬最高也就是16bit，常見的則是8bit。這樣，為了組成物理Bank所需的位寬，就需要多顆芯片并聯(lián)工作。對于16bit芯片，需要4顆(4×16bit=64bit)。對于8bit芯片，則就需要8顆了。