偉大文獻：記憶體發展的趨勢

[ultraman]

記憶體發展的趨勢

從現在到2000年，一系列的高速記憶體將構成PC未來最亮麗的風景線。目前電腦的主記憶體正由EDO RAM過渡到SDRAM上，同步記憶體條正佔據著主流市場，圖形及多媒體子系統使用的記憶體也將轉向RDRAM。從現在到2000年，有五種更先進的記憶體將陸續登臺亮相，它們是：SDRAM Ⅱ、SLDRAM、 RDRAM、 Concurrent RDRAM及 Direct RDRAM。目前預測何種記憶體會佔據上風還很困難，十大DRAM製造商如三星、東芝、日立等在開發Direct RDRAM的同時，也依然在研發其他下一代的 DRAM技術，如DDR和SLDRAM。
　　釵h年前，Intel公司的創辦人之一Gordon Moore就曾預言，CPU的性能每18個月後就會提高一倍，即眾所周知的摩爾定律。自1980年以來，CPU的標準工作頻率已經提高了80多倍（從5MHz到400MHz）。與之相比，記憶體的發展就緩慢多了，在工作頻率上甚至連最新的SDRAM也只不過提高了10倍。過去，CPU從結構和製造工藝上都得到了改進，而記憶體只是在製造工藝上得到了提高。每片DRAM的存儲密度從1Kb發展到64Mb，這反而減少了對DRAM數量的需求，也延緩了廠商對提高資料傳輸率的研究步伐。簡而言之，DRAM傳輸率的步調未能跟上其密度的發展。記憶體工業應怎樣面對這個與 CPU的性能缺口呢？
　　由於更先進的軟體特別是多媒體應用程式對記憶體帶寬（速度）的強烈需求以及微處理器頻率的提高，要求在存儲子系統中交換更多的多媒體資料，對電腦主記憶體的容量要求不久後就會超過1GB！另外，其他更先進的作業系統如OS/2、Windows NT等變得越來越複雜，對記憶體的性能要求也更高。

　　新型DRAM
　　為了彌補性能差距，只有開發出新的記憶體來滿足對帶寬的需求。除了 SDRAM，五種更先進的記憶體也出現了。下面是對這幾種新型記憶體的簡要介紹。

　　SDRAM（同步記憶體）
　　前面已經介紹過，同步記憶體就是指它同系統時鐘同步，系統時鐘控制CPU和SDRAM，可以取消等待週期，減少資料存取時間。同步還使記憶體控制器知道在那一個時鐘脈衝週期使資料請求使能，因此資料可在脈衝上升沿便開始傳輸，而EDO RAM每隔2個時鐘脈衝週期才開始傳輸，FPM RAM每隔3個時鐘脈衝週期才開始傳輸。SDRAM也採用了多體(Bank)記憶體結構和突發模式，能傳輸一整塊而不是一段資料。SDRMA是目前正流行的記憶體，也是新型記憶體發展的基點。

　　SDRAM Ⅱ (DDR，同步記憶體Ⅱ)
　　同步記憶體Ⅱ。也稱DDR（Double Data Rate），是目前SDRAM的更新產品，DDR的核心建立在SDRAM的基礎上，但在速度和容量上有了提高。與 SDRAM相比有兩個不同點：
　　(1)它使用了更多、更先進的同步電路。
　　(2)DDR使用了Delay－Locked Loop (DLL，延時鎖定回路)來提供一個資料濾波信號（DataStrobe signal）。當資料有效時，記憶體控制器可使用這個資料濾波信號來精確定位資料，每16次輸出一次，並重同步來自不同的雙記憶體模組的資料。 DDR本質上不需要提高時鐘頻率就能加倍提高 SDRAM的速度，它允釵b時鐘脈衝的上升沿和下降沿讀出資料，因而其速度是標準SDRAM的兩倍。DDR可以使用更高的頻率，它很快會出現在市場上。

　　SLDRAM (SyncLink DRAM,同步鏈結記憶體)
　　SLDRAM也閉O在速度上最接近RDRAM的競爭者。 SLDRAM是一種增強和擴展的SDRAM架構，它將當前的 4體（Bank）結構擴展到16體，並增加了新介面和控制邏輯電路。SLDRAM像SDRAM一樣使用每個脈衝沿傳輸資料。SLDRAM目前正處於研發階段，也受到眾多DRAM大廠的支持，預計1999年投產。

　　RDRAM(Rambus DRAM)
　　RDRAM是Rambus公司開發的具有系統帶寬，晶片到晶片介面設計的新型DRAM，它能在很高的頻率範圍下通過一個簡單的匯流排傳輸資料。RDRAM更像是系統級的設計，包括下面三個關鍵部分。
　　(1)基於DRAM的Rambus（RDRAM）；
　　(2)Rambus ASIC cells（專用積體電路單元）；
　　(3)內部互連的電路，稱為Rambus Channel（Rambus通道）。
　　RDRAM在1995年首先用於圖形工作站，使用獨特的RSL（Rambus Signaling Logic，Rambus信號邏輯）技術，能在常規的系統上達到600MB/sec的傳輸率。Rambus公司目前有兩種產品：RDRAM和Concurrent RDRAM，其第三種產品Direct RDRAM將在1999年投產。
　　RDRAM使用低電壓信號，在高速同步時鐘脈衝的兩邊沿傳輸資料。另外，RDRAM使用的是8位元介面。十幾家記憶體條生產大廠如 NEC、東芝、三星、 TI、日立、Micron、富士通、IBM等已取得Rambus的技術授權，參與RDRAM技術開發，並投入生產製造。在 1996年末，Rambus公司同Intel公司簽定了合約，Intel也將在其未來的晶片組中開始支持RDRAM。目前，任天堂64位遊戲機在3D圖形和CD音頻方面就使用了Rambus公司的技術。

　　Concurrent RDRAM
　　它屬於第二代RDRAM，在處理圖形和多媒體程式時可以達到非常高的帶寬，即使在尋找小的、隨機的資料塊時也能保持相同的帶寬。作為RDRAM的增強產品，它在同步併發塊資料導向、交叉傳輸時更有效，在600MHz的頻率下可達到每個通道 600MB/s的資料傳輸率。另外，Concurrent Rambus同其前一代產品相容。預計其速度不久可達到800MHz。

　　Direct RDRAM
　　Direct RDRAM是現在RDRAM的擴展，DirectRambus使用了同樣的RSL，但其介面寬度達到16位元，頻率達到800MHz，效率更高。單個DirectRDRAM傳輸率可達1.6GB/s，兩個的傳輸率可達3.2GB/s。1個Direct RAM使用2個8位通道，傳輸率為1.6GB/s，3個通道的傳輸率可達2.4GB/s。

　　新型DRAM技術的發展趨勢
　　所謂DRAM是由一個電晶體和一個電容器所組成，為最簡單的半導體記憶體之一，其資料(data)是以電荷是否儲存在電容器來監定，資料會隨電源關閉從記憶元消失，動態(dynamic)便是意謂必需經常性的更新操作以確保在記憶元的電荷。
　　在半導體產業中，DRAM是產值最高，產量最多的IC產品，每一代的DRAM皆為領先產品而推動半導體的基礎架構，每一新DRAM也都是大規模生產技術的推動者，其市場影響整個半導體企業，應用也為一切電腦與通訊系統所必需，最重要的是它必需從市場到產品的高度標準化，才能大量生產。
　　審視新一代DRAM技術趨勢的方法論，從過去的走向來推演，例如設計準則(如最小尺寸)，合理的記憶元大小及晶片面積，運作電壓(外加電壓、內部電壓)，運作表現(如tras 、tAA、Icc－active、Icc－Stby)、位元(bit)在市場上量的成長，以及位元的價格等都是值得探討的課題，此外對於技術應用系統及市場上的發展，例如新技術的引進(如高介電質材料)、新弁