动态RAM的工作原理 动态RAM也是由许多基本存储元按照行和列来组成的。
3管动态RAM的工作原理
3管动态RAM的基本存储电路如右图所示。在这个电路中,读选择线和写选择线是分开的,读数据线和写数据线也是分开的。
写 *** 作时,写选择线为"1",所以Q1导通,要写入的数据通过Q1送到Q2的栅极,并通过栅极电容在一定时间内保持信息。让我们看一下动态效果
读 *** 作时,先通过公用的预充电管Q4使读数据线上的分布电容CD充电,当读选择线为高电平有效时,Q3处于可导通的状态。若原来存有"1",则Q2导通,读数据线的分布电容CD通过Q3、Q2放电,此时读得的信息为"0",正好和原存信息相反;若原存信息为"0",则Q3尽管具备导通条件,但因为Q2截止,所以,CD上的电压保持不变,因而,读得的信息为"1"。可见,对这样的存储电路,读得的信息和原来存入的信息正好相反,所以要通过读出放大器进行反相在送往 数据总线。
在半导体科技极为发达的台湾省,内存和显存被统称为记忆体(Memory),全名是动态随机存取记忆体(Dynamic Random Access Memory,DRAM)。基本原理就是利用电容内存储电荷的多寡来代表0和1,这就是一个二进制位元(bit),内存的最小单位。
DRAM的结构可谓是简单高效,每一个bit只需要一个晶体管加一个电容。但是电容不可避免的存在漏电现象,如果电荷不足会导致数据出错,因此电容必须被周期性的刷新(预充电),这也是DRAM的一大特点。而且电容的充放电需要一个过程,刷新频率不可能无限提升(频障),这就导致DRAM的频率很容易达到上限,即便有先进工艺的支持也收效甚微。
“上古”时代的FP/EDO内存,由于半导体工艺的限制,频率只有25MHz/50MHz,自SDR以后频率从66MHz一路飙升至133MHz,终于遇到了难以逾越的障碍。此后所诞生的DDR1/2/3系列,它们存储单元官方频率(JEDEC制定)始终在100MHz-200MHz之间徘徊,非官方(超频)频率也顶多在250MHz左右,很难突破300MHz。事实上高频内存的出错率很高、稳定性也得不到保证,除了超频跑简单测试外并无实际应用价值。
既然存储单元的频率(简称内核频率,也就是电容的刷新频率)不能无限提升,那么就只有在I/O(输入输出)方面做文章,通过改进I/O单元,这就诞生了DDR1/2/3、GDDR1/2/3/4/5等形形色色的内存种类
内存主频和CPU主频一样,习惯上被用来表示内存的速度,它代表着该内存所能达到的最高工作频率。内存主频是以MHz(兆赫)为单位来计量的。内存主频越高在一定程度上代表着内存所能达到的速度越快。内存主频决定着该内存最高能在什么样的频率正常工作。目前较为主流的内存频率室333MHz和400MHz的DDR内存,以及533MHz和667MHz的DDR2内存。
大家知道,计算机系统的时钟速度是以频率来衡量的。晶体振荡器控制着时钟速度,在石英晶片上加上电压,其就以正弦波的形式震动起来,这一震动可以通过晶片的形变和大小记录下来。晶体的震动以正弦调和变化的电流的形式表现出来,这一变化的电流就是时钟信号。而内存本身并不具备晶体振荡器,因此内存工作时的时钟信号是由主板芯片组的北桥或直接由主板的时钟发生器提供的,也就是说内存无法决定自身的工作频率,其实际工作频率是由主板来决定的。
DDR内存和DDR2内存的频率可以用工作频率和等效频率两种方式表示,工作频率是内存颗粒实际的工作频率,但是由于DDR内存可以在脉冲的上升和下降沿都传输数据,因此传输数据的等效频率是工作频率的两倍;而DDR2内存每个时钟能够以四倍于工作频率的速度读/写数据,因此传输数据的等效频率是工作频率的四倍。例如DDR 200/266/333/400的工作频率分别是100/133/166/200MHz,而等效频率分别是200/266/333/400MHz;DDR2 400/533/667/800的工作频率分别是100/133/166/200MHz,而等效频率分别是400/533/667/800MHz。
内存异步工作模式包含多种意义,在广义上凡是内存工作频率与CPU的外频不一致时都可以称为内存异步工作模式。首先,最早的内存异步工作模式出现在早期的主板芯片组中,可以使内存工作在比CPU外频高33MHz或者低33MHz的模式下(注意只是简单相差33MHz),从而可以提高系统内存性能或者使老内存继续发挥余热。其次,在正常的工作模式(CPU不超频)下,目前不少主板芯片组也支持内存异步工作模式,例如Intel 910GL芯片组,仅仅只支持533MHz FSB即133MHz的CPU外频,但却可以搭配工作频率为133MHz的DDR 266、工作频率为166MHz的DDR 333和工作频率为200MHz的DDR 400正常工作(注意此时其CPU外频133MHz与DDR 400的工作频率200MHz已经相差66MHz了),只不过搭配不同的内存其性能有差异罢了。再次,在CPU超频的情况下,为了不使内存拖CPU超频能力的后腿,此时可以调低内存的工作频率以便于超频,例如AMD的Socket 939接口的Opteron 144非常容易超频,不少产品的外频都可以轻松超上300MHz,而此如果在内存同步的工作模式下,此时内存的等效频率将高达DDR 600,这显然是不可能的,为了顺利超上300MHz外频,我们可以在超频前在主板BIOS中把内存设置为DDR 333或DDR 266,在超上300MHz外频之后,前者也不过才DDR 500(某些极品内存可以达到),而后者更是只有DDR 400(完全是正常的标准频率),由此可见,正确设置内存异步模式有助于超频成功。
目前的主板芯片组几乎都支持内存异步,英特尔公司从810系列到目前较新的875系列都支持,而威盛公司则从693芯片组以后全部都提供了此功能。
cvd:Chemical Vapor Deposition 化学气相沉积,众多薄膜沉积技术中的一种。pvd:(Vapor ),指利用物理过程实现物质转移,将原子或分子由源转移到基材表面上的过程。ALD:原子层沉积。拓展由于低温沉积、薄膜纯度以及绝佳覆盖率等固有优点,ALD(原子层淀积)技术早从21世纪初即开始应用于半导体加工制造。DRAM电容的高k介电质沉积率先采用此技术,但近来ALD在其它半导体工艺领域也已发展出愈来愈广泛的应用。据韩联社北京时间12月20日报道,三星电子今天宣布,公司已开始通过第二代10纳米级制程工艺量产DRAM内存芯片。
三星称,公司使用第二代10纳米级工艺生产出了8Gb DDR4芯片,实现了新的突破。2016年2月,三星已使用第一代10纳米级工艺生产出了8Gb DDR4芯片。
另据路透社报道,三星开发的8Gb DDR4芯片是“全球最小”的DRAM芯片,扩大了领先对手的优势。在半导体业务的推动下,三星今年的营业利润有望创下纪录。
三星开发的8Gb DDR4芯片
三星称,和第一代10纳米级工艺相比,第二代工艺的产能提高30%,有助于公司满足全球客户不断飙升的DRAM芯片需求。而且,第二代10纳米级芯片要比第一代芯片快10%,功耗降低15%。
作为全球最大芯片制造商,三星表示,和2012年使用20纳米工艺生产的4Gb DDR3芯片相比,新的8Gb DDR4芯片在容量、速度以及功效上都提升了一倍。
三星称,公司希望通过扩大10纳米级DRAM芯片的生产,进一步提升整体竞争力。三星还表示,公司将使用新工艺为客户生产更多优质产品,利用最新技术进步,深挖服务器、移动和图形芯片市场。三星将在2018年把现有多数DRAM芯片产能转移到10纳米级芯片上。
三星在10月底为半导体部门等三大主要业务任命了新一代负责人。三星称,公司并不寻求立即扩大芯片出货量,但会投资维持长期市场地位。
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