串行取代并列技术的后DDR2世代发展

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DDR架构为目前内存主要技术，也是IT、CE产业重要的组件，虽然目前闪存技术发展气势超越DRAM，但DRAM截至目前为止，仍是占内存比例最高的产品，而且新一代DDR3/DDR4技术，内存架构已大幅更动，值得相关厂商关注…

        半导体材料制作的内存分为以DRAM为主的挥发性(Volatile)内存，加上非挥发性(Non-Volatile)内存的NAND Flash、NOR Flash，即占有目前内存市场的90%以上。两者都在寻觅后续之次世代继承产品，发展态势很明显，由于共通性的考虑，都以非挥发性内存的研究为主，大致上形成磁阻内存(MRAM)、铁电内存(FeRAM)与相变化内存(PCM)竞逐的情况。

        图说：由于成本与专利等问题，次世代非挥发性内存取代现有内存，特别是挥发性内存，恐怕还有相当的难度，现有的DRAM实际上也历经了相当多次的世代交替，目前刚刚到位的DDR3内存与JEDEC已经发布的DDR4，加上显示内存GDDR5的技术发展，也不可轻忽。

        DRAM技术正由DDR2过渡到DDR3中，虽名称看似有承传的概念，但实际DDR3内存技术已较前一代DDR2架构大大不同！设计上作了相当多的改变，尤其是传输拓朴方面的更新，更类似DDR频率上/下缘都可传输讯号，这也是DDR胜过SDRAM性能的最大转变。

         观察自SDRAM以来，都是采顶点并联式传输拓朴，因传输迟延(latency)较低，否则，多颗颗粒间的讯号传输与迟延，极可能产生不一致问题！因限于制程与技术瓶颈，大容量DRAM多是由多颗颗粒并联而成。但容量有了，数据无法避免传输量方面问题，也必须想办法解决，特别是中央处理器运作速度不断攀升，内存也必须能提供更快的运算数据。

        提高DRAM速率的方式则是利用更大位宽与更高频率，提高位宽的方式较为困难，因为线路设计会随着位宽加大而增加复杂度，内存PCB与主机板PCB都有执行上的困难(或成本过高问题)，最后则发展出双信道甚至3信道技术，不过一样占用大量主机板PCB空间。

DDR3架构彻底更新　串联架构取代并联设计

        由于提高位宽难度相当高，因此内存走向提高同一频率传输数据量的技术，让DDR取代SDRAM，甚至RDRAM成为主流架构，但是内存由于PCB板电气讯号限制而无法实行QDR技术，所以，DDR也必须提高频率，增加传输数据效率，JEDEC(Joint Electronic Device Engineering Council)组织亦不断提出更高速的内存规范。

        不过直到DDR2-800之后，并联式传输架构频率提升遭遇瓶颈，因同级路线各分支数据分流会随着频率提高，噪声也会同时增加，很容易产生分流数据错误的严重问题，而大部分DRAM为了压低成本，多半未设置ECC(Error-Correcting Code)机制，让这个问题愈来愈严重，因此，DDR2也很难藉由拉高频率提高效能。

        当DDR3传输拓朴改为串联架构，即序列化运作模式(称为Fly-by拓朴)，利用共同控制讯号线连结所有颗粒组(目前以2颗为1组)，如同所有串行传输架构更容易提高频率，因为序列运作1线控制到底，包括频率、寻址、命令以1条路线完成，用以控制路线上的各组内存芯片。

        此外，串行传输比并列架构更省电，因为并列为让高频率下每1个颗粒都有正确讯号，电压也必须加大，但是DDR3并列传输则将电压分开，控制路线采VREFCA电压、控制内存数据总线使用VREFDQ电压，因而电压能降得更低，DDR2标准电压约1.8v，但目前最新规范的DDR3低电压版已降到1.35v。

DDR3尚未接班完整　次世代DDR4技术已出现

       DDR3架构虽可创造高频率、低电压…等优点，但却也创造出新缺点，即利用串行传输拓朴，第1组内存与最后1组内存接收讯号与动作时间必定会有微小落差，因此产生迁移时间偏差(Flight Time skew)，内存控制器必须有写入/读取的校准机制(Write/Read Leveling)，但也会产生额外迟延，所以同频率下DDR3效率会低于DDR2。

        DDR3迟延限制可由高频率弥补，与DDR2相对于DDR的情况类似，不过改良技术已经推出，即JEDEC公布的DDR4规格，将根基于DDR3基础，更进一步加强效率，目前最高规格DDR3-1600数据频率为1.6GHz，每信号脚位为1.8Gbps传输率，而DDR4将达到3.2GHz(可能命名为DDR4-3200)，每信号脚位提供3.2Gbps传输能力。

         DDR系统中不断提升的信号预取机制，DDR4也会提高为DDR3的2倍(即达到16bit)，内建终端动态电阻与内存模块为64位宽…等特性不变。不过在信号传输机制上，DDR4却出现2种方案：其一是传统SE单点讯号模式(Single-ended Signaling)单点信号，另1个方案则是差分讯号技术(Differential Signaling)。

        传统SE讯号架构优点在于所需路线较少，PCB布线工作相对容易，但讯号频率不断提高的现况下，即便采串行架构也会产生严重干扰！差分讯号技术则利用1条线路来传送1个讯号，透过电压差再决定讯号数值，具很强的抗干扰能力，而此理论模型当摆到DDR4设计实务中，采SE讯号的DDR4则可提供前述的3.2Gbps传输能力，但是差分讯号版本将可提供多一倍(6.4Gbps)的传输实力。

         DDR4预计将上看频率超过2GHz(2,133MHz)，不过前述2种版本的DDR4内存并不兼容，或许将使DDR4阵营分裂，而为了整体发展考虑，JEDEC倾向以SE讯号版的DDR4取代DDR3，预计2009年推出样品，并在2010年或2011年商品化取代DDR3，但是差分讯号版DDR4将更晚推出，作为更新世代的未来架构。

图说：挥发性内存阵营技术表现，主要由传输频宽不断提高显现。(Microsoft)

图说：DDR3架构改为串行传输，下一代DDR4内存甚至有分差讯号版本。(刘家任)

图说：DDR3采用串行传输，完全修改自SDRAM以来的并列传输内存架构。(Intel)