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DDR SDRAM・FBDの概要

[DDRメモリの評価、測定、テスト] [1] [2] [3] [4] [5]

目次
  1. DDR SDRAMの概要

  2. DDRの評価・測定における注意点

【1】DDR SDRAMの概要

DDR I/IIメモリは、従来のSDRAMとは違い、より多くの伝送帯域を実現するために、信号のダブルデータレート(立ち上がり、立下りの両クロックエッジ)を使用する技術などを採用した新世代メモリです。これにより、従来では133Mbpsまでが限界であったSDRAMの伝送帯域ですが、DDR Ⅱでは800Mbpsまでの大幅な高速化が可能です。 

DDR Iでは、メモリ・コアの2nプリフェッチ構成(2×n bit分のデータの読み出し/書き込みを1回で行う)と、1クロックで2回のデータ転送を行うI/Oメカニズムを採用しています。つまり、DDR1動作は、2n bitのコア読み出し/書き込みと、1/2クロックでn bit転送の2回繰り返しを行うことになります。これに対し、DDRIIは、4nプリフェッチ構成と、1クロックで4回のデータ転送を行うI/Oを採用しています。これらの技術により、より高速の転送レートを実現しています。 

次に特徴的なのは、新設された双方向データストローブ信号(DQS信号)です。これにより、データ信号の送信・受信のタイミングを最適にしています。送信時にはDQS信号のデータ信号と同時に送り出し、受信側が正確にデータの取り込みが可能になります。データの読み出し時は、DQSのエッジ位置で、書込み時はDQSのセンターで取り込むことにより、受信側がマージンをもって動作できるように工夫されています。 

また、低振幅電圧動作、差動クロック入力などの技術も採用しています。これらの技術により、低消費電力、対ノイズ性の向上などが実現されています。より詳細な仕様については、半導体関連の規格規定団体であるJEDECにてご確認ください。

項目 DDR I DDR II
 動作クロック  100/133/166 MHz  200/266/333 MHz
 伝送レート  200/266/333 Mbps  400/533/667Mbps
 プリフェッチ  2ワード  4ワード
 バースト長  2/4/8  4/8
 電源電圧  2.5V  1.8V
 パッケージ  TSOP  FBGA

DDRメモリは、コスト面でSDRAMに相当する金額に下がってきたことも手伝い、採用されるケースが増えてきています。また、大量のデータを扱う機器が増えてきたことから、映像系を中心に採用されています。

このような高速パラレルバスを実装される際には、従来では気にしなくても問題のなかった、アナログ波形品質やチャネル間スキュー量が問題になってきます。また、複雑な動作をするメモリへの読み書きやバス使用効率などの機能検証も重要です。これらを正確に評価するためには、以下でご紹介することに注意して、テストプランを立てておくことが重要になります。

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【2】DDRの評価・測定における注意点

DDRは高速化に伴うタイミング・マージンの減少(Setup/Holdマージン、ジッタ・マージン、スキュー・マージン)、エッジ・レートの増加に伴う信号品質の劣化(クロストーク、反射)(図1:2-1)、小振幅化に伴うノイズ・マージンの減少など従来のSDRAMに比べ設計が難しくなっています。評価・測定の観点でも同様です。十分な帯域やサンプル・レートを持つオシロスコープを用いないと正確な測定は困難になります。

図1:2-1

またDDRではREADWRITEのタイミングが異なります(図1:2-2)。READではDQSDQのエッジのタイミングが一致しますが、WRITEではπ/4ずれています。READWRITEが混在するデータの測定の際は何らかの工夫が必要になります。

図1:2-2

Fully Buffered DIMMの概要

FBDはメモリ・コントローラとDIMM間を高速のシリアル・インタフェースで結ぶ、次世代の高性能サーバー向けのメモリ・アーキテクチャです。DDR2ではメモリコントローラ/DIMM間がパラレル接続(スタブ型)であるために、DRAMの高速化に伴う波形品質が深刻になり、1チャネル当たりに接続可能なDIMMの数が制限されます。より高速・大容量のメモリニーズを満たすには新しいアーキテクチャが必要になります。

FBDDIMM上にAdvanced Memory Buffer、AMBという高性能のバッファを置いて、タイミング・マージンを確保します。コントローラとDIMM間の接続をシリアル(ポイント・ツー・ポイント)にし、最大4.8GBpsの超高速動作を実現します。波形品質も向上し、1チャネルあたり最大8枚のDIMMを接続できます。(図1:2-3

図1:2-3

FB-DIMMに搭載されるのはDDR2 SDRAMです。FBDは3.2Gbps、4.0Gbps、4.8Gbpsの3つの伝送レートをサポートします。それぞれDDR2 533、667、800に対応しています。
High Speed Serial Linkは3Gbpsオーバーになりますので、当然波形品質が難しくなりますし、ここを測定するのはなかなか容易ではありません。

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