存儲技術(shù)大揭曉:設計開(kāi)發(fā)的你了解多少(一)

微控制器的存儲架構可能很簡(jiǎn)單（圖1）。但是，隨著(zhù)應用開(kāi)始朝便攜化、虛擬化和個(gè)性化方向發(fā)展，它們現在變得相當復雜。多核（multicore）、許多核（many core）和集群架構，它們同樣在一個(gè)設備中融合了各種存儲技術(shù)。高端微處理器將多個(gè)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用擴展到附近硬盤(pán)驅動(dòng)器的事件鏈。而現在，這種效應已經(jīng)擴展到固態(tài)磁盤(pán)（SDD）驅動(dòng)器和硬盤(pán)驅動(dòng)器，或者可能通過(guò)iSCSI將頁(yè)面提供給虛擬存儲系統從而延伸到云或局域網(wǎng)（LAN）。并且與應用程序相關(guān)的所有操作都以透明方式處理。

盡管如此，設計人員、開(kāi)發(fā)人員、管理人員和用戶(hù)還需要考慮系統要使用的存儲器類(lèi)型和數量及其配置方式。由于選擇方案多種多樣，他們現在所面臨的挑戰比過(guò)去更大。

圖1：現在，存儲層次結構的范圍相當廣泛。它甚至可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接擴展到云領(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雙列直插內存模塊（DIMM）目前的最高容量已經(jīng)達到16GB，運行速率為533至800MHz，支持1066至1600 Mtransfers/s。標準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(zhù)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準配置，而嵌入式存儲要求同樣永無(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)和耐用型應用的青睞（圖2）。DDR3內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計。

BGA封裝可以為耐用型應用提供內存，但是對耐用型存儲器的需求仍然沒(méi)有降溫。SFF-SIG的RS-DIMM平臺填補了這一空白（圖3）。該模塊的尺寸為67.5mm×38mm×7.36mm（長(cháng)×寬×高），支持9芯片和18芯片設計。用于DDR3的Samtec連接器的引腳分布，類(lèi)似于標準DIMM的引腳分布。該標準還規定了可選的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)能取代嵌入式設計中的DDR2，在嵌入式設計中，兼容性和低速率較為普遍。芯片和系統設計人員所面臨的挑戰是，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(méi)有DDR3的速度或存儲要求，而片上存儲器又不足以滿(mǎn)足要求。

GDDR5顯存基于DDR3。由于其設計規則與DDR3相似，因此有助于降低成本和簡(jiǎn)化系統設計。與上一代相比，GDDR5的數據線(xiàn)路數有所增加。它現在主要用于高性能圖形和超級計算機環(huán)境。

到目前為止，各種DDR實(shí)現方案采用的都是單端信令技術(shù)。截至目前，設計必須遵從信令限制，但是隨著(zhù)實(shí)現的速度越來(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）是該公司針對用于新一代內存的差分信令系統所提出的倡儀。該公司正在展示為應對這種轉變而推出的20Gbps串并轉換器（SERDES）。

FlexMode設計定義了可處理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(xiàn)路，因此引腳的用途并不相同。