存儲技術(shù)大揭曉:設(shè)計開發(fā)的你了解多少(一)

微控制器的存儲架構(gòu)可能很簡單（圖1）。但是，隨著應(yīng)用開始朝便攜化、虛擬化和個性化方向發(fā)展，它們現(xiàn)在變得相當(dāng)復(fù)雜。多核（multicore）、許多核（many core）和集群架構(gòu)，它們同樣在一個設(shè)備中融合了各種存儲技術(shù)。高端微處理器將多個緩存級別與超多的互連和緩存一致方案整合在一起。

不久以前，高速緩存缺失還只能調(diào)用擴(kuò)展到附近硬盤驅(qū)動器的事件鏈。而現(xiàn)在，這種效應(yīng)已經(jīng)擴(kuò)展到固態(tài)磁盤（SDD）驅(qū)動器和硬盤驅(qū)動器，或者可能通過iSCSI將頁面提供給虛擬存儲系統(tǒng)從而延伸到云或局域網(wǎng)（LAN）。并且與應(yīng)用程序相關(guān)的所有操作都以透明方式處理。

盡管如此，設(shè)計人員、開發(fā)人員、管理人員和用戶還需要考慮系統(tǒng)要使用的存儲器類型和數(shù)量及其配置方式。由于選擇方案多種多樣，他們現(xiàn)在所面臨的挑戰(zhàn)比過去更大。

圖1：現(xiàn)在，存儲層次結(jié)構(gòu)的范圍相當(dāng)廣泛。它甚至可以通過互聯(lián)網(wǎng)連接擴(kuò)展到云領(lǐng)域。

DRAM發(fā)展動態(tài)

DRAM的容量越來越大，速度越來越高，價格也越來越便宜。DDR3雙列直插內(nèi)存模塊（DIMM）目前的最高容量已經(jīng)達(dá)到16GB，運(yùn)行速率為533至800MHz，支持1066至1600 Mtransfers/s。標(biāo)準(zhǔn)DDR3的工作電壓為1.5V，但是最新的低功耗DDR3L的工作電壓為1.35 V，可以顯著降低功耗和減少發(fā)熱。

DIMM和小外形DIMM（SODIMM）是臺式電腦、服務(wù)器和筆記本電腦的標(biāo)準(zhǔn)配置，而嵌入式存儲要求同樣永無止境。BGA器件（比如Micron的DDR3芯片）因其外形尺寸而受到移動、工業(yè)和耐用型應(yīng)用的青睞（圖2）。DDR3內(nèi)存與處理器的堆疊式封裝匹配，在蘋果iPad等高端移動設(shè)備中非常普遍。

圖2：Micron公司的DDR3 BGA芯片非常適合用于嵌入式設(shè)計。

BGA封裝可以為耐用型應(yīng)用提供內(nèi)存，但是對耐用型存儲器的需求仍然沒有降溫。SFF-SIG的RS-DIMM平臺填補(bǔ)了這一空白（圖3）。該模塊的尺寸為67.5mm×38mm×7.36mm（長×寬×高），支持9芯片和18芯片設(shè)計。用于DDR3的Samtec連接器的引腳分布，類似于標(biāo)準(zhǔn)DIMM的引腳分布。該標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了可選的SATA接口。

除了臺式電腦、筆記本電腦和服務(wù)器領(lǐng)域的其他內(nèi)存替代市場外，DDR3已經(jīng)占領(lǐng)了幾乎所有市場。不過，它確實(shí)還沒能取代嵌入式設(shè)計中的DDR2，在嵌入式設(shè)計中，兼容性和低速率較為普遍。芯片和系統(tǒng)設(shè)計人員所面臨的挑戰(zhàn)是，DDR3的低功耗、高容量和成本優(yōu)勢非常明顯。此外，仍有大量的微控制器沒有DDR3的速度或存儲要求，而片上存儲器又不足以滿足要求。

GDDR5顯存基于DDR3。由于其設(shè)計規(guī)則與DDR3相似，因此有助于降低成本和簡化系統(tǒng)設(shè)計。與上一代相比，GDDR5的數(shù)據(jù)線路數(shù)有所增加。它現(xiàn)在主要用于高性能圖形和超級計算機(jī)環(huán)境。

到目前為止，各種DDR實(shí)現(xiàn)方案采用的都是單端信令技術(shù)。截至目前，設(shè)計必須遵從信令限制，但是隨著實(shí)現(xiàn)的速度越來越高，這種局面有可能發(fā)生變化。高速串行接口，比如PCI Express、USB 3.0、SATA和串行連接SCSI（SAS），采用的都是差分信令技術(shù)。DDR可能也會經(jīng)歷這個階段。

Rambus公司的太比特倡儀（Terabit Initiative）是該公司針對用于新一代內(nèi)存的差分信令系統(tǒng)所提出的倡儀。該公司正在展示為應(yīng)對這種轉(zhuǎn)變而推出的20Gbps串并轉(zhuǎn)換器（SERDES）。

FlexMode設(shè)計定義了可處理DDR3、GDDR5及其新差分支持的接口，采用同一組引腳，由于差分對需要兩倍的線路，因此引腳的用途并不相同。