3.1.3 DDR3标准

3.1.3  DDR3标准

如图3-7所示，DDR3是DDR2标准的改进版，但二者有很多相同之处，如采用1.8V标准电压、主要采用144Pin球形针脚的FBGA封装方式。但目前该标准还没有正式发布。

据Intel最新桌面平台规划，Intel于2007年第二季度起，推出支持DDR3内存模组、产品代号为Bearlake的芯片组产品，但是Intel预计DDR3内存在2009年才能有望成为市场主流。

而作为桌面级处理器的另一大巨头，AMD也明确表示将会在新一代处理器K8L中提供对DDR3内存的支持。AMD K8L架构原来支持4核心设计，在2007年中，AMD将推出双核心桌面版本的K8L处理器，K8L处理器将支持DDR2和DDR3内存。而从目前的情况来看，DDR2内存显然不是AMD最好的选择，高频率、低时序的DDR3内存必然会是AMD积极开拓的对象。

在两大处理器厂商的全力支持下，自然是内存厂商最大的动力。虽然早在2002年6月28日，JEDEC就宣布开发DDR3内存标准，但由于缺乏处理器厂商的支持，DDR3内存也一直只是概念中的产品，直至在Computer 2006台北的演示厅中才看到了DDR3内存的工程样品。不过这也算是好的开始，DDR3内存将会在2007年内伴随新一代处理器问世。

1．DDR3的优势

DDR3核心同样存在许多改进，如DDR3显存采用0.11um生产工艺，耗电量较DDR2明显降低。此外，DDR3显存采用了“Pseudo Open Drain”（虚拟开漏极）接口技术，只要电压合适，显示芯片可直接支持DDR3显存。当然，显存颗粒较长的延迟时间（CAS latency）一直是高频率显存的一大通病，DDR3也不例外，DDR3的CAS latency为5/6/7/8，而DDR2为3/4/5，DDR2的延迟时间要少一些。尽管DDR3相对于DDR2在技术上并没有太多实质上的改进，但DDR3的性能优势仍比较明显，主要表现如下。

1）功耗和发热量较小

由于采用新的工艺，而且DDR3相比DDR2有更低的工作电压（从DDR2的1.8V降低到1.5V），性能更好，更省电。使得DDR3内存在控制成本的基础上也减少了能耗和发热量，更易于被用户和厂家接受。

2）工作频率更高

由于能耗降低，DDR3可实现更高的工作频率，在一定程度上弥补了延迟时间较长的缺点。DDR3目前最高能够达到1600MHz的速度，而以前DDR2内存速度最快为800～1066MHz。

3）容量大

DDR2 SDRAM中有4Bank和8Bank的设计，目的就是为了应对未来大容量芯片的需求。而DDR3很可能将从2GB容量起步，因此起始的逻辑Bank就是8个，另外还为未来的16个逻辑Bank做好了准备。

4）降低了显卡整体成本

DDR2显存颗粒规格多为4MB×32b，搭配中高端显卡常用的128MB显存便需8颗。而DDR3显存规格多为8MB×32b，单颗颗粒容量较大，4颗即可构成128MB显存。如此一来，显卡PC面积可减小，成本得以有效控制。此外，颗粒数减少后，显存功耗也进一步降低。

5）通用性好

相对于DDR变更到DDR2，DDR3对DDR2的兼容性更好。由于针脚、封装等关键特性不变，搭配DDR2的显示核心和公版设计的显卡稍加修改便能采用DDR3显存，这对厂商降低成本大有好处。

目前，DDR3显存在新出的大多数中、高端显卡上得到了广泛的应用。

2．DDR3上的技术改进和新技术

DDR3之所以具有以上这些新特性，最终还是得益于它的技术改进和新增技术上。这些改进和新增技术如下。

1）改进的封装工艺

由于DDR3新增了一些功能，所以在引脚方面会有所增加。8位芯片采用78球FBGA封装，16位芯片采用96球FBGA封装，而DDR2则有60/68/84球FBGA封装3种规格。并且DDR3必须是绿色封装，不能含有任何有害物质。

2）改进的预取机制

相对于DDR2内存的4位预取机制，DDR3内存模组最大的改进就是采用了8位预取机制设计这样DRAM内核的频率只有接口频率的1/8，DDR3 800的核心工作频率只有100MHz，当DRAM内核工作频率为200MHz时，接口频率已经达到了1600MHz。

3）改进的突发长度（Burst Length，BL）

由于DDR3的预取为8位（DDR2为4位），所以突发传输周期BL也固定为8；而对于DDR2和早期的DDR架构的系统，BL=4也是常用的，DDR3为此增加了一个4bit Burst Chop（突发突变）模式，即由一个BL=4的读取操作加上一个BL=4的写入操作来合成一个BL=8的数据突发传输。这样，可通过A12地址线来控制这一突发模式。而且，任何突发中断操作都将在DDR3内存中予以禁止，且不予支持，取而代之的是更灵活的突发传输控制（如4位顺序突发）。

4）改进的寻址时序（Timing）

就像DDR2从DDR转变而来后延迟周期数增加一样，DDR3的CL周期也将比DDR2有所提高。DDR2的CL范围一般在2～5之间，而DDR3则在5～11之间，且附加延迟（AL）的设计也有所变化。DDR2的AL的范围是0～4之间，而DDR3的AL有3种选项，分别是0、CL-1和CL-2。为此，DDR3新增加了一个时序参数—写入延迟（CWD），这一参数将根据具体的工作频率而定。

5）新增的重置（Reset）功能

重置是DDR3新增的一项重要功能，并为此专门准备了一个引脚。这一引脚将使DDR3的初始化处理变得简单。当Reset命令有效时，DDR3内存将停止所有的操作，并切换至最少量活动的状态，以节约电耗。在Reset期间，DDR3内存将关闭内在的大部分功能，所以有数据接收与发送器都将关闭。所有内部的程序装置将复位，DLL（延迟锁相环路）与时钟电路将停止工作，而且不理睬数据总线上的任何动静。这样一来，将使DDR3达到最省电的目的。

6）新增的ZQ校准

ZQ校准功能其实是通过DDR3内存上新增的一个管脚来实现的。在这个引脚上接有一个240Ω的低公差参考电阻。这个引脚通过一个命令集，通过片上校准引擎（ODCE，On-Die Calibration Engine）来自动校验数据输出驱动器导通电阻与ODT的终结电阻值。当系统发出这一指令之后，将用相应的时钟周期（在加电与初始化之后用512个时钟周期，在退出自刷新操作后用256个时钟周期，在其他情况下用64个时钟周期）对导通电阻和ODT电阻进行重新校准。

7）一分为二的参考电压

对于内存系统工作非常重要的参考电压信号（VREF），在DDR3系统中将分为两个信号：一个是为命令与地址信号服务的VREFCA；另一个为数据总线服务的VREFDQ，它将有效地提高系统数据总线的信噪等级。

8）新增的根据温度自动自刷新（SRT，Self-Refresh Temperature）功能

为了保证所保存的数据不丢失，DRAM必须定时进行刷新，DDR3也不例外。不过，为了最大程度地节省电能，DDR3采用了一种新型的自动自刷新设计（ASR，Automatic Self-Refresh）。当开始ASR之后，将通过一个内置于DRAM芯片的温度传感器来控制刷新的频率，因为刷新频率高的话，耗电就大，温度也随之升高。而温度传感器则在保证数据不丢失的情况下，尽量减少刷新频率，降低工作温度。

不过DDR3的ASR是可选设计，市场上的DDR3内存不一定都支持这一功能，因此还有一个附加的功能就是自刷新温度范围（SRT，Self-Refresh Temperature）。通过模式寄存器，可以选择两个温度范围，一个是普通的温度范围（如0～85℃），另一个是扩展温度范围，如最高到95℃。对于DRAM内部设定的这两种温度范围，DRAM将以恒定的频率和电流进行刷新操作。

9）新增的局部自刷新（RASR，Partial Array Self-Refresh）功能

这是DDR3的一个可选功能项。通过这一功能，DDR3内存芯片可以只刷新部分逻辑Bank，而不是全部刷新，从而最大限度地减少因自刷新产生的电能消耗。这一点与移动型内存（Mobile DRAM）的设计很相似。

10）点对点连接（P2P，Point-to-Point）

DDR3内存采用点对点的拓朴架构，以减轻地址/命令与控制总线的负担。这是为了提高系统性能而进行的重要改动，也是与DDR2系统的一个关键区别。

在DDR3系统中，一个内存控制器只与一个内存通道打交道，而且这个内存通道只有一个插槽。因此内存控制器与DDR3内存模组之间是点对点（P2P，Point-to-Point）的关系（单物理Bank的模组），或者是点对双点（P22P，Point-to-two-Point）的关系（双物理Bank的模组），从而大大减轻了地址/命令/控制与数据总线的负载。

在内存模组方面，与DDR2的类别相类似，也有标准DIMM（台式PC）、SO-DIMM/Micro-DIMM（笔记本电脑）、FB-DIMM2（服务器）之分，其中第二代FB-DIMM将采用规格更高的AMB2（高级内存缓冲器）。不过目前有关DDR3内存模组的标准制定工作刚开始，引脚设计还没有最终确定。

Intel目前确立了使用DDR3标准的桌面型和服务器四核心处理器代号分别为Clovertown和Kentsfield，AMD也表示在即将推出的四核心Opteron处理器时开始支持DDR3标准。

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