DDR II内存技术详解
DDR2（Double Data Rate 2）综述：
回想起DDR的发展历程，从DDR200经过DDR266、DDR333到今天的双通道DDR400、DDR533技术，第一代DDR的发展已经走到了技术的极限。由于DDR-I架构的局限性，当频率达到400MHz后，就很难再有所提升，而随着新的处理器技术不断发展，前端总线对内存带宽的要求却越来越高，老迈的DDR SDRAM已经无法胜任，拥有更高更稳定运行频率的内存将是大势所趋，DDR II不可阻挡地走到了大众面前。
相对来说，作为接班人的DDR-Ⅱ在总体上仍保留了DDR-I的大部分特性，相比DDR-I的设计变动并不大，即使针脚数发生了改变，但仍可以强行将DDR II的内存插入到DDR-I的DIMM槽中，这也是需要大家注意的地方。总体而言，DDR-Ⅱ主要进行了以下几点改进：

    1．改进针脚设计：DDR2的针脚数量为240针，而DDR内存为184针。(注：DDR-II针脚数量有200Pin、220Pin、240Pin三种，其中240Pin的DDR-Ⅱ将用于桌面PC系列)

    2．降低工作电压：DDR2内存的VDIMM电压为1.8V，也和DDR内存的2.5V不同。

3．改进封装方式：它采用了更为先进的FBGA封装方式替代了传统的TSOP/TSOP-II方式。

4．更低的延迟时间：DDR2内存的延迟时间介于1.8ns到2.2ns之间（由厂商根据工作频率不同而设定），远低于DDR的2.9ns。由于延迟时间的降低，从而使DDR2可以达到更高的频率，最高可以达到1GHz以上的有效频率。

5. 4bit Prefect架构（4位数据预读取）：这也是DDR II内存能在相同的核心频率下，达到更高的数据传输率的关键技术之一。

6．OCD（Off-Chip Driver离线驱动调校）：使用OCD通过减少DQ-DQS的倾斜来提高信号的完整性；通过控制电压来提高信号品质。（OCD功能在普通台式机上并没有什么作用，其优点主要体现在服务器领域）

7．ODT（On Die Terminator片内终结电阻）：终结电阻器可以和内存颗粒的"特性"相符，从而减少内存与主板的兼容问题的出现。

8．Posted CAS功能：Posted  CAS是为了解决DDR内存中指令冲突问题，提高DDR II内存的利用效率而设计的功能。（Posted CAS功能的优势只有在那些读写命令非常频繁的运作环境下才能体现，对于一般的应用来说，开启Posted CAS功能反而会降低系统的整体性能）
DDR与DDR II对比表：
 
DDR SDAMR
DDR II SDRAM
时钟频率
100/133/166/200MHz
200/266/333MHz
数据传输率
200/266/333/400MBPS
400/533/667MBPS
工作电压
2.5V
1.8V
针脚数
184Pin
200Pin、220Pin、240Pin(240Pin为主流标准)
封装技术
TSOP-II/CSP
CSP（FBGA）封装
最大功率
418毫瓦
318毫瓦
预取设计
2Bit
4Bit
突发长度
2/4/8
4/8
L-BANK数量
最多4个
最多8个
CL值
1.5、2.5、3.5、3
3、4、5
AL值
无
0、1、2、3、4
接口标准
SSTL_2
SSTL_18
系统最高P-BANK数量
array工艺详解
8
4
新增特性
 
COD、ODT、POSTED CAS


DDR II内存技术详解
1、改进针脚设计

  虽说DDR-Ⅱ是在DDR的基础之上改进而来的，外观、尺寸上与目前的DDR内存几乎一样，但为了保持较高的数据传输率，适合电气信号的要求， DDR-Ⅱ对针脚进行重新定义，采用了双向数据控制针脚，针脚数也由DDR的184Pin变为240Pin(注：DDR-II针脚数量有200Pin、220Pin、240Pin三种，其中240Pin的DDR-Ⅱ将用于桌面PC系列。)

2、更低的工作电压

  由于DDR-II内存使用更为先进的制造工艺（DDRII内存将采用0.09微米的制作工艺，其内存容量可以达到1GB到2GB，而随后DDRII内存将会在制造上进一步提升为更加先进的0.065微
米制作工艺，这样DDRII内存的容量可以达到4GB。）和对芯片核心的内部改进，DDRII内存将把工作电压降到1.8V，这就预示着DDRII内存的功耗和发热量都会在一定程度上得以降低：在533MHz频率下的功耗只有304毫瓦（而DDR在工作电压为2.5V，在266MHZ下功耗为418毫瓦）。不过降低工作电压也来了一个问题：在DDR2初始的200-266MHz的时钟速度上， 当模块中组装了32个DRAM芯片时，由于DDR2的核心电压只有1.8V，使得DDR2的边沿斜率比DDR慢。边沿斜率降低的结果是：同一个更高的电压信号相比，电压信号上升时间加长，这加大了制造上的难度。

3、更小的封装

  目前DDR内存主要采用TSOP-Ⅱ封装,而在DDRⅡ时代，TSOP-Ⅱ封装将彻底退出内存封装市场，改用更先进的CSP（FBGA）无铅封装技术，它是比TSOP-Ⅱ更为贴近芯片尺寸的封装方法，并且由于在晶圆上就做好了封装布线，在可靠性方面可以达到了更高的水平。DDR II将有两种封装形式，如果数据位宽是4bit/8bit，则采用64-ball的FBGA封装，数据位宽是16bit，则采用84-ball的FBGA封装。


4、更低的延迟时间，
图-1 延迟时间示意图
在DDR2中，整个内存子系统都重新进行了设计，大大降低了延迟时间，延迟时间介于1.8ns到2.2ns之间（由厂商根据工作频率不同而设定），远低于DDR的2.9ns。由于延迟时间的降低，从而使DDR2可以达到更高的频率，最高可以达到1GHz以上的有效频率。而DDR1由于已经接近了其物理极限，其延迟时间无法进一步降低，这也是为什么DDR1的最大运行频率不能再有效提高的原因之一。


5、采用了4bit Prefect架构
图-2 4bit Prefect示意图
DDR-Ⅱ在DDR的基础上之上新增4位数据预取的特性，这也是DDR II的关键技术之一。现在
的DRAM内部都采用了4bank的结构，内存颗粒内部单元我们称之为Cell，它是由一组Memory Cell Array构成，也就是内存单元队列。目前内存颗粒的频率分成三种，一种是DRAM核心频率，一种是时钟频率，还有一种是数据传输率。

  在SDRAM中，SDRAM也就是同步DRAM，它的数据传输率是和时钟周期同步的，SDRAM的DRAM核心频率和时钟频率以及数据传输率都一样。以PC-133SDRAM为例，它的核心频率/时钟频率/数据传输率分别是133MHz/133MHz/133Mbps。

  在DDR I SDRAM中，核心频率和时钟频率是一样的，而数据传输率是时钟频率的两倍，关于这点我们都已经非常的清楚了，DDR也就是Double data rating内存可以在每个时钟周期的上升延和下降延传输数据，也就是一个时钟周期可以传输2bit数据，因此DDR I的数据传输率是时钟频率的两倍。以DDR266 SDRAM为例，它的核心频率/时钟频率/数据传输率分别是133MHz/133MHz/266Mbps。目前JEDEC标准中的DDR I SDRAM的最高标准是DDR400，它的核心频率/时钟频率/数据传输率分别是200MHz/200MHz/400Mbps。颗粒内部的基本组成单元cell的工作频率为200MHz，这个频率再提高会带来稳定性和成本方面的问题。


  而在DDR II SDRAM中，核心频率和时钟频率已经不一样了，由于DDR II采用了4bit Prefetch技术。Prefetch可以意译为"数据预取"技术，可以认为是端口数据传输率和内存Cell之间数据读/写之间的倍率，如DDR I为2bit Prefetch，因此DDR I的数据传输率是核心Cell工作频率的两部。DDR II采用了4bit Prefetch架构，也就是它的数据传输率是核心工作频率的四倍。实际上数据先输入到I/O缓冲寄存器，再从I/O寄存器输出。DDR II 400 SDRAM的核心频率/时钟频率/数据传输率分别是100MHz/200MHz/400Mbps。大家要注意的是，DDR II 400 SDRAM的核心频率和DDR I 200是一样的，但是DDR II 400的数据传输率是DDR I 200的两倍。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。因此在相同的核心频率下，DDR-Ⅱ达到了两倍于DDR的的带宽的水平有一个前提条件，那就是DDR-Ⅱ的外部时钟频率也是DDR和SDRAM的两倍。