目录前言1.SDRAM同步的起点2. DDR (DDR1):双倍速率的跨越3. DDR2频率的首次飞跃3. DDR3主流的长寿一代4. DDR4架构的深度变革5. DDR5内存性能的怪兽6.核心参数对比表7.注意事项7.1DDR系列的芯片不兼容7.2 开发经验前言鉴于此前对 DDR1 至 DDR5 族系的底层架构演化及逻辑差异缺乏系统性认知遂整理本笔记以解析各代际间的核心演变路径。本文主要介绍从普通 SDRAM 到最新 DDR5的架构与特点其发展历程如图0-1所示。图0-2展示了几款DDR芯片的特性。图0-1 SDRAM到DDR5内存发展历程注图中速率仅供参考具体还要看对应的芯片。图 0-2 DDR芯片特点1.SDRAM同步的起点SDRAM 是内存从“异步”转向“同步”的里程碑。在此之前内存是异步的CPU 必须等待内存响应。而SDRAM与 CPU 的外部总线时钟同步这意味着 CPU 可以在发出指令后去处理其他任务待时钟周期完成后再回来读取数据。特点单倍数据传输即一个时钟周期只在上升沿传输一次数据。电压3.3V频率常见的是133Mhz最先接触的就是SDRAM芯片通过正点原子课程的学习学会了SDRAM了原理以及手写读写控制逻辑。SDRAM 的内部是一个存储阵列你可以把它想象成一张表格。我们在向这个表格中写入数据的时候 需要先指定一个行Row再指定一个列Column就可以准确地找到所需要的“单元格”这就是 SDRAM 寻址的基本原理。如下图1-1所示.图 1-1 SDRAM 寻址原理上图中的“单元格”就是 SDRAM 存储芯片中的存储单元而这个“表格”存储阵列我们称之为 L-Bank。通常 SDRAM 的存储空间被划分为 4 个 L-Bank在寻址时需要先指定其中一个 L-Bank然后在这 个选定的 L-Bank 中选择相应的行与列进行寻址寻址就是指定存储单元地址的过程。 对 SDRAM 的读写是针对存储单元进行的对 SDRAM 来说一个存储单元的容量等于数据总线的位宽 单位是 bit。那么 SDRAM 芯片的总存储容量我们就可以通过下面的公式计算出来SDRAM 总存储容量 L-Bank 的数量×行数×列数×存储单元的容量。了解这些原理可以更好理解SDRAM的寻址结构。2. DDR (DDR1):双倍速率的跨越DDR (Double Data Rate):这是第一代双倍数据速率内存。它最大的创新是在时钟的上升沿和下降沿各传输一次数据理论带宽直接翻倍。关键技术2-bit Prefetch2位预取。这意味着内部存储阵列一次读出2位通过I/O缓冲器分两次传出。电压降至 2.5V。频率常见的是133Mhz这个类型的芯片没有接触过。3. DDR2频率的首次飞跃DDR2 进一步提升了数据传输效率主要通过提高 I/O 缓冲区的频率来实现。关键技术4-bit Prefetch。内部时钟频率虽然不变但 I/O 缓冲区频率翻倍使得每个时钟周期可以传输4块数据。改进引入了ODT (On-Die Termination)内建终端电阻减少了信号反射提高了信号完整性。电压降至 1.8V。频率常见的是133Mhz这个类型的芯片也没有接触过但Vivado 的 IP 核MIG可以实现对DDR2芯片的读写控制。3. DDR3主流的长寿一代DDR3 重点在于大幅降低功耗并继续提升带宽是电子产品中极其长寿的标准。关键技术8-bit Prefetch。预取位宽再次翻倍。改进引入了ASR (Automatic Self-Refresh)和SRT (Self-Refresh Temperature)根据温度自动调整刷新率。出现了DDR3L (Low Voltage)版本工作电压低至 1.35V。电压标准版 1.5V。目前使用较多的存储芯片也可以通过Vivado 的 IP 核MIG实现对DDR3芯片的控制。图3-1是Micron美光生产的4GB DDR3L内存条实物。图 3-1 DDR3L内存该内存特性如下品牌Micron美光左侧的“M”圆圈图标是其标志。型号 (Part Number)MT8KTF51264HZ-1G9P1。容量4GB。类型/规格PC3L-14900S。PC3L代表DDR3L“L”指 Low Voltage低电压版运行电压为1.35V也向下兼容 1.5V 的标准 DDR3 插槽。14900代表带宽对应的工作频率是1866MHz。S代表SO-DIMM即小尺寸内存接口专用于笔记本电脑、一体机或迷你主机如 NUC。颗粒布局1RX8单面 8 颗粒。时序13-13-B4CAS 延迟为 13。产地/周期中国制造1707代表 2017 年第 7 周生产。4. DDR4架构的深度变革由于 8-bit 预取已经接近物理极限DDR4 不再单纯增加预取位数而是引入了Bank Group (银行组)架构。关键技术通过 Bank Group 独立操作允许在不同的 Bank 组之间交替读写变相提高了数据吞吐量。改进*点对点设计取消了多插槽共用总线的复杂拓扑Multi-drop更利于高频运行。DBI (Data Bus Inversion)数据总线倒置减少开关噪声和功耗。电压降至 1.2V。5. DDR5内存性能的怪兽DDR5 不仅仅是速度变快它在电源管理和可靠性上做了巨大重构。关键技术*双通道架构一个 DDR5 DIMM 内部被分为两个独立的 32-bit 通道总带宽 64-bit 不变提高了并发效率。PMIC 上移电源管理芯片从主板移到了内存条上供电更精准、纹波更小。On-die ECC芯片内部自带纠错因为随着制程微缩位翻转风险增加内部 ECC 保证了稳定性。数据速率起步 4800 MT/s上限远超 DDR4。电压进一步降至 1.1V。6.核心参数对比表特征SDRAMDDRDDR2DDR3DDR4DDR5预取 (Prefetch)N/A2-bit4-bit8-bit8-bit (Bank Group)16-bit工作电压 (V)3.3V2.5V1.8V1.5V / 1.35V1.2V1.1V主流速率 (MT/s)100-133266-400533-8001066-18662133-32004800-8400防呆缺口位置两个缺口一个 (偏中心)一个 (靠近中心)一个 (偏左)一个 (中心偏右)一个 (更靠近中心)主要特性同步时钟双倍边沿ODT信号改善低功耗/ASRBank Group独立双通道/PMIC/ECC7.注意事项7.1DDR系列的芯片不兼容除了电气参数电压和内部逻辑架构不同外物理层面的防呆缺口Notch位置各不相同。注意永远不要尝试强行将 DDR4 插入 DDR5 插槽或者反之这会烧毁主板或内存颗粒。7.2 开发经验如果正在使用Kintex-7 325T开发选型限制Kintex-7 系列硬件原语最高支持到DDR3/DDR3L。它无法直接驱动 DDR4 或 DDR5因为 I/O Bank 的电压和时序逻辑不支持。设计难点在 Kintex-7 上设计 DDR3 控制器时务必注意Fly-by 拓扑结构的布线等长要求尤其是地址/控制线与数据线之间的延迟偏置Read/Write Leveling。带宽计算例如1600MT/s 的 64-bit DDR3 理论带宽为。以上就是本次笔记的内容。