对于计算机或手机产品,我们经常问内存多少,但是我们真的了解内存吗?它的结构是什么?它的原理又是什么?它又有哪些分类。本文为你揭开内存的神秘面纱。 所谓内存是消费市场的说法,对于存储器行业而言,动态随机存取存储器(DRAM)就是我们常说的内存。 动态存储器特点从动态随机存取存储器字面上来理解,第一点就是说这种存储器是可以随机访问和存取数据的。其实并不是所有的存储器都可以随机地址访问的,像我们熟悉的机械硬盘,就是不能随机访问的,我们需要访问数据时硬盘需要一圈圈旋转到指定位置才可以的,所以我们经常听到有机械硬盘的笔记本转动的声音。 DRAM 第二点就是存储是动态的,也就是需要定时对存储的数据进行刷新,数据才能得以保存下来。而这个特点也是其与静态随机存取存储器的根本区别。通过下面DRAM的原理介绍就可以知道DRAM为何需要刷新。 DRAM结构和工作原理现在的DRAM采用 1T1C 的结构,如下图所示,由一个晶体管和一个电容构成。当需要存储“1”时就让电容保持电荷充满的状态,当需要存储“0”时就让电容保持在无电荷的状态。而由于漏电的存在,所以就需要定时对电容状态进行刷新保持。 DRAM结构图 DRAM的存储原理不然理解,真正难的是工艺。DRAM工艺的最大瓶颈在于电容的制造。而电容在工艺中可以简单理解成挖一个洞来存储电荷,这个洞能挖得越深越窄是越好。但这是个矛盾的地方,要挖的深,还要挖的窄。挖的深电荷不容易跑出来,提高存储性能。挖的窄可以减小面积,降低成本。 目前全球DRAM市场都由三星、LG、镁光三家巨头垄断。现在国内的兆易创新也在DRAM上奋起直追,但DRAM国产化仍需时日。 从DRAM发展历史中看DRAM家族成员分布DRAM在20世纪70年代由Intel所发明。从20世纪70年代到90年中期,DRAM一直采用的是异步接口的设计,这样的好处是可以随时响应控制输入信号的变化从而直接影响内部功能,这种产品就被称为异步DRAM。 有异步,就有同步。同步DRAM从70年代就在提,但是真正成为行业主流还是要等到2000年了。同步DRAM相比异步DRAM的优势包括:可以并行多管线操作;数据的传输速率可以随MCU的速度不断提高;减少了由于输入信号失真导致数据出错的概率;所以指令信号和系统时钟同步,因而更为快速和易于管理。 DRAM的发展与CPU的发展密切相关。随着高性能运算和3D图形处理都对内存提出了更高的要求,因此内存的架构也在不断升级。按照数据读取速率划分,可以分为单倍数据速率(SDR)、双倍数据速率(DDR)和四倍数据速率(QDR)。如果从应用上划分,还有专门为图像处理器服务的GDDR。还有根据工作电压划分,分为普通DDR和低功耗DDR。还有当DRAM和其他功能模块(例如CPU等)集成在同一块芯片上时,这种产品被称为嵌入式DRAM,简称eDRAM。 双倍数据速率DDR由于在速率、功耗、可靠性方面胜过其他倍数据速率DRAM,成为主流倍速速率DRAM。发展也从DDR、DDR2、DDR3、DDR4。2017年电子工业联合会(JEDEC)发布了DDR5的规格。 另外面对移动通信市场的蓬勃发展,低功耗双倍速率(LPDDR)也在不断更新。LPDDR相比DDR做的最大改进是降低了工作电压,从2.5V降到1.8V。目前LPDDR也经历了LPDDR2、LPDDR3、LPDDR4。 另外由于3D图形及演算需要频繁读取显卡数据,因此GDDR也在不断升级架构。目前最新的架构已经到GDDR5。 GDDR5 总结可以说DRAM存储器的发展与应用是息息相关的。基于不同应用,存储器的架构需要做不同调整。这也符合半导体的本质,半导体本质上只是电子系统中的一个零部件,必须随着系统应用的变化而不断调整自身结构。
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