聊聊～半導體基礎概論半導體產業 DRAM和DDR－SwayChat 吃喝玩樂生活體驗

截圖 2021-07-06 下午9.32.35.png

晶片依據功能的不同，可以分成 4 大類：
記憶體 IC（Memory IC）：用來儲存資料。依據停止供電後，資料是否能繼續儲存。
微元件 IC（Micro Component IC）：具有特殊資料處理功能的元件。
邏輯 IC（Logic IC）：進行邏輯運算的 IC。
類比 IC（Analog IC）：處理類比訊號的 IC。

截圖 2021-07-06 下午9.43.11.png

DRAM

DRAM(Dynamic Random Access Memory)，即動態隨機存取存儲器，最為常見的系統內存。DRAM 只能將數據保持很短的時間。為了保持數據，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。 (關機就會丟失數據)。

截圖 2021-07-06 下午9.51.48.png

DRAM & SRAM

記憶體（Memory）又可分為 DRAM（Dynamic Random Access Memory）動態隨機存取記憶體和 SRAM（Static Random Access Memory）靜態隨機存取記憶體兩種。兩種都是揮發性的記憶體，SRAM 的主要使用 flip-flop 正反器，通常用於快取（Cache），而 DRAM 則是使用電容器及電晶體組成。RDRAM（Rambus DRAM）因較為少見也非本篇文章主角，其他還有早期的 FP RAM、EDO RAM 也就不多作介紹。

DRAM 中又以 SDRAM（Synchronous Dynamic Random Access Memory）同步動態隨機存取記憶體在近幾年來最廣為使用，SDRAM 最重要的就是能夠”同步”記憶體與處理器（CPU）的時脈，讓 SDRAM 時脈頻率可超過 100MHz 使傳輸資料更能即時到位。SDRAM 亦可稱為 SDR SDRAM（Single Data Rate SDRAM）。

DDR（Double Data Rate）其實指的是 DDR SDRAM（Double Data Rate SDRAM），SDRAM 及 DDR 主要差異有三點

截圖 2021-07-06 下午9.50.36.png

DDR

DDR=Double Data Rate雙倍速率同步動態隨機存儲器。嚴格的說DDR應該叫DDR SDRAM，人們習慣稱為DDR，其中，SDRAM 是Synchronous Dynamic Random Access Memory的縮寫，即同步動態隨機存取存儲器。而DDR SDRAM是Double Data Rate SDRAM的縮寫，是雙倍速率同步動態隨機存儲器的意思。DDR內存是在SDRAM內存基礎上發展而來的，仍然沿用SDRAM生產體系，因此對於內存廠商而言，只需對製造普通SDRAM的設備稍加改進，即可做到DDR內存的生產，可有效的降低成本。
DDR2
DDR2（Double Data Rate 2） SDRAM是由JEDEC（電子設備工程聯合委員會）進行開發的新生代內存技術標準，它與上一代DDR內存技術標準最大的不同就是，雖然同是採用了在時鐘的上升/下降延同時進行數據傳輸的基本方式，但DDR2內存卻擁有兩倍於上一代DDR內存預讀取能力（即：4bit數據讀預取）。換句話說，DDR2內存每個時鐘能夠以4倍外部總線的速度讀/寫數據，並且能夠以內部控制總線4倍的速度運行。
此外，由於DDR2標準規定所有DDR2內存均採用FBGA封裝形式，而不同於目前廣泛應用的TSOP/TSOP-II封裝形式，FBGA封裝可以提供了更為良好的電氣性能與散熱性，為DDR2內存的穩定工作與未來頻率的發展提供了堅實的基礎。回想起DDR的發展歷程，從第一代應用到個人電腦的DDR200經過DDR266、DDR333到今天的雙通道DDR400技術，第一代DDR的發展也走到了技術的極限，已經很難通過常規辦法提高內存的工作速度；隨著Intel最新處理器技術的發展，前端總線對內存帶寬的要求是越來越高，擁有更高更穩定運行頻率的DDR2內存將是大勢所趨。
DDR3
DDR3是一種計算機內存規格。它屬於SDRAM家族的內存產品，提供了相較於DDR2 SDRAM更高的運行效能與更低的電壓，是DDR2 SDRAM(四倍資料率同步動態隨機存取內存)的後繼者(增加至八倍)，也是現時流行的內存產品規格。
DDR4
DDR，英文全稱為：Dual Data Rate，是一種雙倍速率同步動態隨機存儲器。嚴格的說，DDR應該叫DDR SDRAM，人們習慣稱為DDR，其中，SDRAM 是Synchronous Dynamic Random Access Memory的縮寫，即同步動態隨機存取存儲器，而DDR SDRAM是Double Data Rate SDRAM的縮寫，是雙倍速率同步動態隨機存儲器的意思。
簡單來說，DDR4就是第二代內存的意思，目前不少智慧型手機與電腦都用上了新一代DDR4內存，它屬於我們熟知的DDR3內存的下一代版本，帶來了更低的功耗與更出色的性能。
區別

截圖 2021-07-06 下午9.55.32.png

DDR5

2020年7月14日，JEDEC發佈了DDR5 SDRAM標準，象徵著整個產業即將向DDR5伺服器雙列直插式記憶體模組(DIMM)過渡。DDR5記憶體帶來了一連串的重要改進，有望幫助下一代伺服器實現更好的性能和更低的功耗。以下探討DDR5記憶體的五大亮點。

資料傳輸速率提升至6.4Gb/s
記憶體頻寬的需求增加是永無止境的，而DDR5可滿足對速度的不懈追求。DDR4 DIMM在1.6GHz時脈頻率下資料傳輸速率最高可達3.2Gb/s，相形之下，最初版本的DDR5將頻寬提高了50%，達到4.8Gbps。DDR5記憶體的速率最終將比DDR4 DRAM高出一倍，達到6.4Gbps。在增加判決反饋等化器(Decision Feedback Equalization；DFE)等新功能後，DDR5可實現更高的I/O速度。
更低的電壓帶來更低的功耗

DDR5記憶體的第二大改良是工作電壓(VDD)有所下降，進而帶來功耗的相應降低。採用DDR5之後，DRAM、緩衝晶片暫存時脈驅動器(RCD)和資料緩衝器(DB)的供電電壓從1.2V下降到1.1V。不過，設計人員在設計產品時也需要注意， VDD降低也意味著抗干擾餘裕會變得更小。

全新的供電架構
DDR5記憶體的第三大改良是供電架構，這也是其中的一項重要變化。DDR5 DIMM將電源管理從主機板轉移到了記憶體模組(DIMM)本身，透過板載12V電源管理晶片(PMIC)確保更加精細的系統電源負載。該電路會輸出1.1V的VDD供電，藉由更好的板載電源控制最佳化訊號的完整性和抗干擾能力。

通道架構更新
DDR5的另一大變化是採用了全新DIMM通道架構。DDR4 DIMM的匯流排為72位元，由64個資料位元和8個修正錯誤記憶體(ECC)位元組成。採用DDR5後，每個DIMM模組都有兩個通道。每個通道均為40位元寬：包括32個資料位元，8個ECC位元。雖然資料位元寬與上一代相同，總數都是64位元，但DDR5的兩個通道彼此獨立，可提高記憶體存取效率。
此外，DDR5帶來了同一區塊刷新的特性。這一命令允許對每一區塊組的一個區塊進行刷新，而所有其他區塊保持打開狀態，以繼續正常操作。因此，使用DDR5不僅意味著速率的大幅提升，其更高的效率還會放大資料速率提升所帶來的優勢。
在DDR5 DIMM架構中，DIMM模組左右兩側各有一個獨立的40位元寬通道，兩個通道共用暫存時脈驅動器。DDR4中，暫存時脈驅動器每側提供兩個輸出時脈。而在DDR5中，暫存時脈驅動器每側提供四個輸出時脈。最大密度的DIMM可配備4個DRAM記憶體組，每5個DRAM記憶體(單面、半通道)為一組，可接收自己對應的獨立時脈。每個單面半通道模組對應一個獨立時脈的架構能夠最佳化訊號完整性，有助於解決VDD降低所導致的抗干擾餘裕減小問題。

更高容量
支援更高容量的DRAM模組是DDR5記憶體的第五大亮點。利用DDR5緩衝晶片DIMM，伺服器或系統設計人員可以在單裸片封裝模式下中使用高達64Gb的DRAM容量。而DDR4在單裸片封裝(SDP)模式下僅支援最高16Gb的DRAM容量。
DDR5支援諸如片上ECC、錯誤透明模式、封裝後修復和讀寫CRC校驗等功能，並支援更高容量的DRAM模組，這也意味著更高的DIMM容量。因此，DDR4 DIMM在單裸片封裝下的最大容量為64GB，而DDR5 DIMM在單裸片封裝下的容量則高達256GB，是DDR4的四倍。

綜合優勢
DDR5在其前代產品DDR4的基礎上進行了重大改進和最佳化，並在新的記憶體標準中導入了與提高速度和降低電壓相關的多種設計考慮，從而引發了新一輪的訊號完整性挑戰。設計人員將需要確保主機板和DIMM能夠處理更高的訊號速度，並在執行系統級模擬時檢查所有DRAM位置的訊號完整性。
所幸Rambus等供應商提供的DDR5記憶體介面晶片能夠有效降低主機記憶體訊號負載，在不犧牲延遲性能的前提下，使DIMM上的DRAM具有更高的速度和更大的容量。

截圖 2021-07-06 下午9.56.23.png

DDR family

1、LPDDR5是移動平台當前最新一代記憶體規範。
2、DDR5是電腦平台的下一代記憶體規範。
3、GDDR5是獨立顯卡的上一代顯存規範。
三者分別是三個不同平台的動態存取記憶體規範。

LPDDR是在DDR的基礎上多了LP（Low Power）前綴，又稱為mDDR（Mobile DDR SDRAM），擁有比同代DDR記憶體更低的功耗和小體積，該類型晶片主要應用於行動電子產品等低功耗設備上，主流LPDDR4X是LPDDR4的省電優化產品，無意外最新一代LPDDR5記憶體將搭載在本年度大部分旗艦手機。

GDDR是在DDR的基礎上多了G（Graphics）前綴，主要用於高速圖像處理的場合，比如電腦的顯卡中，可以簡單理解為專門為顯卡而做的DDR記憶體，這種記憶體與普通DDR相比，擁有更高時脈和更小廢熱，最新一代GDDR6顯存已搭載在英偉達（NVIDIA）新一代RTX20系顯卡和AMD新一代5000系顯卡上，標準規範主要由GPU（發起者為ATI和NVIDIA）廠商聯合制定。