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电脑中的记忆体(2):更深入了解记忆体
2007/2/1 13:49:30    金士顿科技(KINGSTON)

记忆体有许多不同的尺寸与外型。一般来说,记忆体的外观像一个上有小小的黑色方块的绿色扁平长方条。当然,记忆体不只于此,下图为典型的记忆体模组以及其他重要特征。


1、记忆体的外观

(1)印刷电路板(PCB)
 
置有记忆体晶片的绿色平板实际上是由许多层面所构成的。每一个层面上都有电源通路(trace)及电路以便传送数据。一般来说,品质越好的记忆体模组使用越多层面的印刷电路板,层面越多,电源通路间的空间越大,相互干扰的机会也越小,这也使得记忆体模组更可靠。

(2)动态随机存取记忆体(DRAM)

DRAM是随机存取记忆体中最常见的形式,由于它只能短期储存数据且必须定期更新的特征而被称为动态(dynamic)随机存取记忆体。大多数的记忆体具有黑色或黄色(chrome)的外壳,或称为包装,以保护内部的电路。以下介绍晶片包装的部分将展示以不同方式包装的晶片 。

A、金手指(connecting finger):金手指,有时称为连结器,或是“leads”插入系统主机板上的记忆体插槽,以传送主机板与记忆体间的数据交换。金手指的材料包括金以及锡。

B、内部电源通路层(Internal Trace Layer):电源通路就是传导数据的通路,电源通路的宽度、深度以及通路间的距离会影响整个模组的速度以及可靠性。有经验的工程师以安排电源通路的分布的方式来达到最快的速度,最大的可靠性以及最少的相互干扰。

(3)晶片封装方式

晶片包装指包裹于硅晶外层的物质。目前最常见的包装称为TSOP(Thin Small Outline Packaging),早期的晶片设计以DIP(Dual In-line Package)以及SOJ(Small Outline J-lead)的方式包装。较新的晶片,例如RDRAM使用CSP(Chip Scale Package)包装。以下对不同封装方式的介绍能够帮助了解它们的不同点。

A、DIP (Dual In-Line Package):早期的记忆体常被直接安装在电脑的系统主机板上,DIP包装也因此非常受欢迎。DIP包装晶片为插入式的零件,即它们被安装在延伸到印刷电路板上的洞里,它们能以焊接的方式固定也能够被安装在插槽中。

B、SOJ (Small Outline J-Lead):SOJ包装由于包装外的插针形似英文字母“J”而得名。SOJ包装晶片为表面镶嵌零件,也就是它们被直接焊嵌在印刷电路板的表面上。

C、TSOP (Thin Small Outline Package):另一个镶嵌在电路板上的包装,TSOP因为它的厚度远较SOJ为薄而得名,TSOP最早被应用在制造笔记型电脑所用的名片大小模组上。

D、CSP (Chip Scale Package):不同于DIP、SOJ以及TSOP包装,CSP包装不使用插针来连接晶片与主机板,而与电路板间的连结是通过晶片下方的BGA (Ball Grid Array)进行。RDRAM (Rambus DRAM)晶片使用这类包装技术。

E、晶片相叠:针对某些更高容量的模组,晶片必须被相叠使用才能配合电路板上有限的空间。晶片相叠的方式分为内部及外部两种。外部相叠的晶片安排是可目测看到的,而内部合并的晶片是外部无法看到的。


2、记忆体制造过程

A、晶片的制造:记忆体是由一般的海滩的沙所制成的。沙中含有半导体或晶片制造时最重要原料硅(silicon)。从沙中粹取的硅,经过融解、成型、切片、打磨以及拋光的程序而成为晶圆片(silicon wafer)。在制造晶片的过程中,复杂的电路线图被以数种不同的技术刻在晶片上,完成之后,晶片必须通过测试与切割的程序。品质好的晶片通过一道“bonding”制程以建立晶片与金或锡制插针间的连结;连结的工序完成之后,晶片就被封入两端密封的塑胶或陶瓷包装,通过检验之后便可上市。

B、记忆体模组的制造:记忆体模组制造商从这里开始扮演重要的角色。记忆体由三个主要元件组成,记忆体晶片,印刷电路板以及其他零件,例如电阻以及电容。设计工程师以电脑辅助设计程序规划电路板。制造高品质的电路板需要仔细地规划每个电源通路的位置与长度。基本的电路板制造过程与记忆体晶片相当类似,以遮盖、层叠以及蚀刻技术在电路板的表面上制造铜制的电源通路,电路板完成后模组便可以开始组合。自动化系统将零件以镶嵌或插入的方式组合在电路板上,并以锡膏连接,透过加热及冷却的锡膏提供永久连结,通过测试的模组接着就被包装,运送及安装在电脑中。


3、记忆体在电脑中的位置

最初,记忆体晶片是直接连接在电脑的主机板,或系统板上的,但是主机板空间逐渐成为一个问题,解决方法便在于将记忆体晶片焊连在一个小电路板上,也就是一个插入主机版上插槽的可拆式模组。这个模组称为SIMM (Single in line memory module),并且大量节省了主机板上的空间。举例而言,一组四个SIMM模组可能容纳80个记忆体晶片,而只占9平方英吋的空间。同样的80个晶片以平面方式安装在主机版上需要大于21平方英吋。

现在,几乎所有的记忆体都以模组形式安装于主机板上。记忆体模组很容易辨认,因为它们大多是插在主机板上与记忆体模组本身尺寸相同的插槽。由于数据在记忆体以及处理器之间的快速传递对电脑的效能表现有很直接的影响,记忆体插槽的位置通常都很靠近中央处理器。


4、模组插槽及Bank Schemas

电脑中的记忆体通常是以Memory Banks的方式设计及安排的。一个Memory Bank由一组插槽或模组所组成。因此,排列成行的记忆体插槽可能是一个Memory Bank的一部分或是分成多个Memory Bank 。一个电脑通常配有两个以上的Memory Bank,通常以A、B等依序类推的方式命名。每个系统对于记忆库装填的方式都有特别的规则以及习惯。举例而言,某些电脑系统要求属于同一个Memory Bank的插槽必须安装相同容量的记忆体模组,某些电脑要求第一个数据库必须装填最高容量的记忆体模组。如果不照这些规则安装,电脑可能无法开机或是部份记忆体便无法辨识。

通常记忆体规格安装方式可以在电脑的系统使用手册上找到,同时也可以利用所谓的记忆体规格数据。大多数第三者记忆体制造厂提供免费的书面记忆体配置或是从网络上查询,以便查询并找出适合的零件编号以及记忆体安置规则。


5、双通道记忆体:DDR

双通道记忆体(DDR)技术其实是一种记忆体控制和管理技术,它依赖于芯片组的记忆体控制器发生作用,在理论上能够使两条同等规格记忆体所提供的带宽增长一倍。目前主流芯片组的双通道记忆体技术均是指双通道DDR记忆体技术,主流双通道记忆体平台英特尔方面是英特尔865/875系列,而AMD方面则是NVIDIA Nforce2系列。

双通道记忆体技术是解决CPU混流排带宽与记忆体带宽的矛盾的低价、高性能的方案。现在CPU的FSB(前端混流排频率)越来越高,英特尔 Pentium 4比AMD Athlon XP对记忆体带宽具有高得多的需求。英特尔Pentium 4处理器与北桥芯片的数据传输采用QDR(Quad Data Rate,四次数据传输)技术,其FSB是外频的4倍。英特尔 Pentium 4的FSB分别是400/533/800MHz,混流排带宽分别是3.2GB/sec,2.7GB/sec和6.4GB/sec,而DDR 266/DDR 333/DDR 400所能提供的记忆体带宽分别是2.1GB/sec,2.7GB/sec和3.2GB/sec。

在单通道内存模式下,DDR记忆体无法提供CPU所需要的数据带宽从而成为系统的性能瓶颈。而在双通道记忆体模式下,双通道DDR 266/DDR 333/DDR 400所能提供的记忆体带宽分别是4.2GB/sec,5.4GB/sec和6.4GB/sec,在这里可以看到,双通道DDR 400记忆体刚好可以满足800MHz FSB Pentium 4处理器的带宽需求。而对AMD Athlon XP平台而言,其处理器与北桥芯片的数据传输技术采用DDR(Double Data Rate,双倍数据传输)技术,FSB是外频的2倍,其对记忆体带宽的需求远远低于英特尔 Pentium 4平台,其FSB分别为266/333/400MHz,混流排带宽分别是2.1GB/sec,2.7GB/sec和3.2GB/sec,使用单通道的DDR 266/DDR 333/DDR 400就能满足其带宽需求,所以在AMD K7平台上使用双通道DDR记忆体技术,可说是收效不多,性能提高并不如英特尔平台那样明显,对性能影响最明显的还是采用集成显示芯片的整合型主板。

NVIDIA推出的nForce芯片组是第一个把DDR记忆体接口扩展为128位元的芯片组,随后英特尔在它的E7500服务器主板芯片组上也使用了这种双通道DDR记忆体技术,SiS和VIA也纷纷响应,积极研发这项可使DDR记忆体带宽成倍增长的技术。但是,由于种种原因,要实现这种双通道DDR(128位元的并行记忆体接口)传输对于众多芯片组厂商来说绝非易事。DDR SDRAM内存和RDRAM记忆体完全不同,后者有着高延时的特性并且为串行传输方式,这些特性决定了设计一款支持双通道RDRAM记忆体芯片组的难度和成本都不算太高。但DDR SDRAM记忆体却有着自身局限性,它本身是低延时特性的,采用的是并行传输模式,还有最重要的一点:当DDR SDRAM工作频率高于400MHz时,其信号波形往往会出现失真问题,这些都为设计一款支持双通道DDR记忆体系统的芯片组带来不小的难度,芯片组的制造成本也会相应地提高,这些因素都制约着这项记忆体控制技术的发展。


6、主流记忆体:DDR2

DDR2是由JEDEC定义的全新的下一代DDR记忆体技术标准,在Intel BTX规格的代号Alderwood的i915P芯片组和代号Grantsdale的i925X芯片组中被完整支持。

DDR2记忆体起始频率将从DDR记忆体最高标准频率400MHz开始,现已定义可以生产的频率支持到533Mhz到667MHz,标准工作频率分别是200/266/333MHz,工作电压为1.8V。DDR2采用全新定义的240 PIN DIMM接口标准,完全不兼容于现有DDR的184PIN DIMM接口标准,这就意味着,现有所有DDR标准接口的主板,无法使用DDR2记忆体。

DDR2记忆体技术相对于上一代标准DDR技术,用简单明了的方式来说,虽然DDR2和DDR一样,采用了在时钟的上升延和下降延同时进行数据传输的基本方式,但是最大的区别在于,DDR2记忆体可进行4位元预读取。两倍于标准DDR记忆体的2位元预读取,这就意味着,DDR2拥有两倍于DDR的预读系统命令数据的能力。

DDR2标准规定所有DDR2记忆体均采用FBGA封装形式。不同于目前广泛应用的TSOP, TSOP-II封装形式,FBGA封装提供了更好的电气性能与散热性,为DDR2记忆体的稳定工作与未来频率的发展提供了良好的保障。目前应用再显卡上的DDR2记忆体颗粒也全部采用的FBGA封装模式。DDR2记忆体采用1.8V电压,相对于DDR标准的2.5V,降低了不少,从而提供了明显的更小的功耗与更小的发热量,这一点的变化是意义重大的,同样也让DDR2记忆体更适应与笔记本与膝上电脑。


进一步信息,请访问金士顿科技(KINGSTON TECHNOLOGY)有限公司http://www.kingston.com/china/tools/UMG/default.asp

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