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2015-05-31 23:42:26
明日之星——DDR-Ⅱ与DDR-Ⅲ（一）
作为DDR的接班人，DDR-Ⅱ在规范制定之初就引起了广泛的关注，进入2002年，三星、Elpida、Hynix、Micron等都相继发布了DDR -Ⅱ芯片（最早由三星在5月28日发布），让人觉得DDR-Ⅱ突然和我们近了。可是，DDR-Ⅱ规范却一直没有正式公开，在JEDEC上仍只有一篇ATi 技术人员写的，在目前看来有些内容都已过时的简要介绍。
原来，DDR-Ⅱ标准到2002年10月完成度也没有达到100%（厂商透露大约为95%），而上述厂商所推出的芯片也在不断的修改中，预计正式的规范将在明年第一季度推出。不过，DDR-Ⅱ的主体设计已经完成，不会有大的改动，所以通过这些“试验性”芯片，我们仍可掌握DDR-Ⅱ的主要信息。
DDR-Ⅱ相对于DDR 的主要改进如下：
DDR-Ⅱ与目前的DDR对比表
由于DDR-Ⅱ相对DDR-I的设计变动并不大，因此很多操作就不在此详细介绍了，本文重点阐述DDR-Ⅱ的一些重要变化。
一、 DDR-Ⅱ内存结构
DDR-Ⅱ内存的预取设计是4bit，通过DDR的讲述，大家现在应该知道是什么意思了吧。
上文已经说过，SDRAM有两个时钟，一个是内部时钟，一个是外部时钟。在SDRAM与DDR时代，这两个时钟频率是相同的，但在DDR-Ⅱ内存中，内部时钟变成了外部时钟的一半。以DDR-Ⅱ 400为例，数据传输频率为400MHz（对于每个数据引脚，则是400Mbps/pin），外部时钟频率为200MHz，内部时钟频率为100MHz。因为内部一次传输的数据就可供外部接口传输4次，虽然以DDR方式传输，但数据传输频率的基准——外部时钟频率仍要是内部时钟的两倍才行。就如RDRAM PC800一样，其内部时钟频率也为100MHz，是传输频率的1/8。
DDR-Ⅱ、DDR与SDRAM的操作时钟比较
所以，当预取容量超过接口一次DDR的传输量时，内部时钟必须降低（除非数据传输不是DDR方式，而是一个时钟周期4次）。如果内部时钟也达到 200MHz，那外部时钟也要达到400MHz，这会使成本有大幅度提高。因此，DDR-Ⅱ虽然实现了4-bit预取，但在实际效能上，与DDR是一样的。在上面那幅比较图中，可以看出厂商们的一种误导，它虽然表示出在相同的核心频率下，DDR-Ⅱ达到了两倍于DDR的的带宽，但前提是DDR-Ⅱ的外部时钟频率也是DDR和SDRAM的两倍。在DDR的时钟频率已经达到166/200MHz的今天，再用100MHz去比较，显然意义不大。这点也请大家们注意识别，上图更多的是说明DDR-Ⅱ内外时钟的差异。毕竟内部时钟由外部决定，所以外部时钟才是比较的根本基准。
总之，现在大家要明确认识，在外部时钟频率相同的情况下，DDR-Ⅱ与DDR的带宽一样。
二、 DDR-Ⅱ的新操作与新时序设计
1、片外驱动调校（OCD，Off-Chip Driver）
DDR-Ⅱ内存在开机时也会有初始化过程，同时在EMRS中加入了新设置选项，由于大同小异，在此就不多说了。在EMRS阶段，DDR-Ⅱ加入了可选的 OCD功能。OCD的主要用意在于调整I/O接口端的电压，来补偿上拉与下拉电阻值。目的是让DQS与DQ数据信号之间的偏差降低到最小。调校期间，分别测试DQS高电平/DQ高电平，与DQS低电平/DQ高电平时的同步情况，如果不满足要求，则通过设定突发长度的地址线来传送上拉/下拉电阻等级（加一档或减一档），直到测试合格才退出OCD操作。
OCD的作用在于调整DQS与DQ之间的同步，以确保信号的完整与可靠性
不过，据一些厂商的技术人员介绍，一般情况下有DQS#（差分DQS时）就基本可以保证同步的准确性，而且OCD的调整对其他操作也有一定影响，因此在普通台式机上不需要用OCD功能，它一般只会出现在高端产品中，如对数据完整性非常敏感的服务器等。
2、片内终结（ODT，On-Die Termination）
所谓的终结，就是让信号被电路的终端被吸收掉，而不会在电路上形成反射，造成对后面信号的影响。在DDR时代，控制与数据信号的终结在主板上完成，每块 DDR主板在DIMM槽的旁边都会有一个终结电压岛的设计，它主要由一排终结电阻构成。长期以来，这个电压岛一直是DDR主板设计上的一个难点。而ODT 的出现，则将这个难点消灭了。
顾名思义，ODT就是将终结电阻移植到了芯片内部，主板上不在有终结电路。ODT的功能与禁止由北桥芯片控制，ODT所终结的信号包括DQS、RDQS （为8bit位宽芯片增设的专用DQS读取信号，主要用来简化一个模组中同时使用4与8bit位宽芯片时的控制设计）、DQ、DM等。需要不需要该芯片进行终结由北桥控制。那么具体的终结操作如果实现呢？首先要确定系统中有几条模组，并因此来决定终结的等效电阻值，有150和75Ω两档，这一切由北桥在开机进行EMRS时进行设置。
在向内存写入时，如果只有一条DIMM，那么这条DIMM就自己进行终结，终结电阻等效为150Ω。如果为两条DIMM，一条工作时，另一条负责终结，但等效电阻为75Ω
在从内存读出时，终结操作也将在北桥内进行，如果有两条DIMM，不工作的那一条将会终结信号在另一方向的余波，等效电阻也因DIMM的数量而有两种设置
两个DIMM在交错工作中的ODT情况，第一个模组工作时，第二个模组进行终结操作，等第二个模组工作时，第一个模组进行终结操作
现在我们应该基本了解了ODT的功能，它在很大程度上减少了内存芯片在读取时的I/O功率消耗，并简化了主板的设计，降低了主板成本。而且ODT也要比主板终结更及时有效，从而也成为了提高信号质量的重要功能，这有助于降低日后DDR-Ⅱ进一步提速的难度。但是，由于为了确保信号的有效终结，终结操作期将会比数据传输期稍长，从而多占用一个时钟周期的时间而造成总线空闲。不过，有些厂商的技术人员称，通过精确设置tDQSS，可以避免出现总线空闲。
