存儲(chǔ)技術(shù)大揭曉:設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的你了解多少(一)

微控制器的存儲(chǔ)架構(gòu)可能很簡(jiǎn)單（圖1）。但是，隨著應(yīng)用開(kāi)始朝便攜化、虛擬化和個(gè)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(gè)設(shè)備中融合了各種存儲(chǔ)技術(shù)。高端微處理器將多個(gè)緩存級(jí)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(dòng)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(dòng)器和硬盤驅(qū)動(dòng)器，或者可能通過(guò)iSCSI將頁(yè)面提供給虛擬存儲(chǔ)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(jì)人員、開(kāi)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(chǔ)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(guò)去更大。

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

DRAM發(fā)展動(dòng)態(tài)

DRAM的容量越來(lái)越大，速度越來(lái)越高，價(jià)格也越來(lái)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(tái)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(chǔ)要求同樣永無(wú)止境。BGA器件（比如Micron的DDR3芯片）因其外形尺寸而受到移動(dòng)、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(píng)果iPad等高端移動(dòng)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(jì)。

BGA封裝可以為耐用型應(yīng)用提供內(nèi)存，但是對(duì)耐用型存儲(chǔ)器的需求仍然沒(méi)有降溫。SFF-SIG的RS-DIMM平臺(tái)填補(bǔ)了這一空白（圖3）。該模塊的尺寸為67.5mm×38mm×7.36mm（長(zhǎng)×寬×高），支持9芯片和18芯片設(shè)計(jì)。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(tái)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(chǎng)外，DDR3已經(jīng)占領(lǐng)了幾乎所有市場(chǎng)。不過(guò)，它確實(shí)還沒(méi)能取代嵌入式設(shè)計(jì)中的DDR2，在嵌入式設(shè)計(jì)中，兼容性和低速率較為普遍。芯片和系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員所面臨的挑戰(zhàn)是，DDR3的低功耗、高容量和成本優(yōu)勢(shì)非常明顯。此外，仍有大量的微控制器沒(méi)有DDR3的速度或存儲(chǔ)要求，而片上存儲(chǔ)器又不足以滿足要求。

GDDR5顯存基于DDR3。由于其設(shè)計(jì)規(guī)則與DDR3相似，因此有助于降低成本和簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。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(jí)計(jì)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(jì)必須遵從信令限制，但是隨著實(shí)現(xiàn)的速度越來(lái)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(huì)經(jīng)歷這個(gè)階段。

Rambus公司的太比特倡儀（Terabit Initiative）是該公司針對(duì)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(duì)這種轉(zhuǎn)變而推出的20Gbps串并轉(zhuǎn)換器（SERDES）。

FlexMode設(shè)計(jì)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(duì)需要兩倍的線路，因此引腳的用途并不相同。