Bộ nhớ DDR1 dùng thiết kế “ 2nd- prefetch “ , điều đó có nghĩa là tại mỗi chu kì , thanh nhớ chuẩn bị giá trị 2-bit của dữ liệu từ những Bank nhớ trong một chu kì xung nhịp , Lấy trước dữ liệu – Data Prefetch

Bộ nhớ DDR1 dùng thiết kế “ 2^nd– prefetch “ , điều đó có nghĩa là tại mỗi chu kì , thanh nhớ chuẩn bị giá trị 2-bit của dữ liệu từ những Bank nhớ trong một chu kì xung nhịp , sau đó những dòng dữ liệu này được sắp hàng để chuyển tới bộ đệm IO trước khi gửi chúng ra tới đường dữ liệu . Thiết kế này khá đơn giản : trong mỗi cặp Bit , một Bit của dữ liệu được gửi với sườn lên và Bit kia được gửi khi xuất hiện sườn xuống của xung nhịp đồng hồ , kết quả dữ liệu tăng lên gấp đôi mà không cần tăng tần số lõi của DRAM .

Giải quyết vấn đề liên quan tới Nhiễu phản xạ

Với nhiệm vụ cải tiến chất lượng tín hiệu , những điểm đầu cuối bằng Điện trở được thiết kế nằm trên những hoạt động I/O của bộ nhớ trên Motherboard để triệt tiêu những Nhiễu của tín hiệu phản xạ . Nhiễu được tạo ra khi những tín hiệu phản xạ từ những điểm cuối cùng trên Bus dữ liệu , phản xạ trở lại gây cản trở những tín hiệu mới .

Sự va chạm giữa những tín hiệu mới và sự phản xạ trở lại của tín hiệu cũ tạo thành những sự giáo thoa làm hỏng những tín hiệu mới . Những tín hiệu có thể bị phản xạ trở lại tại những noi mà có trở kháng khác nhau , như tại Bus và những điểm kết nối của DRAM .

 

Một điều quan trọng xin lưu ý là phương pháp này chỉ giải quyết mức nhiễu với những tham số mà DDR1 đã được thiết kế phù hợp . Chính vì thế mà nhiều khi cũng bộ nhớ DDR1 nhưng lại có một số tham số khác không phù hợp dẫn đến tính trạng không tương thích với Motherboard đó vì đó chính là nguyên nhân khiến cho hệ thống làm việc không ổn định .

Vấn đề Phản xạ trong tín hiệu tương tự

Nhiễu tín hiệu phản xạ cũng tương tự như âm thanh truyền xuống một cái ống dài và sau đó phản xạ trở lại từ những điểm kết thúc , khi đó bạn sẽ nghe thấy âm thanh dội lại . Ví dụ một hình ảnh tại vị trí giữa của ống dài đó có người bạn đang nghe . Khi bạn nói với người bạn của mình vào ống này , âm thanh truyền đi tới nửa đường và tiếp tục truyền đi tới những điểm kết thúc của ống và tạo lại những tiếng dội quay trở lại .

Khi người bạn bắt đầu trả lời , tiếng vọng sẽ gây cản trở cùng với những thông điệp của họ . Do vậy khiến cho việc nghe câu trả lời sẽ khó khăn một chút . Khi cả hai người nói chuyện càng nhanh khiến cho việc theo dõi cuộc đối thoại ngày càng khó khăn hơn . Điều đó cũng xảy ra tương tự khi tốc độ bộ nhớ ngày càng nhanh đi cùng với những tín hiệu phản xạ .

Một giải pháp là bóp nghẹt tiếng tại điểm kết thúc của ống do vậy là nhiễu ít tác động quay trở lại và việc sử dụng điểm đầu cuối bằng điện trở có tác dụng như triệt tiêu những tín hiệu trước khi chúng kịp phản hồi trở lại .

Thế hệ thứ hai : DDR2

Bộ nhớ DDR2 được cho sẽ là chuẩn bộ nhớ chung cho máy tính cho tới năm 2009 . DDR2 cho máy tính để bàn có 240 chân .

DDR2 là chuẩn do JEDEC đưa ra chạy với điện áp 1.8V , tuy nhiên có một số nhà sản xuất đưa ra những sản phẩm của họ cho những người ưa thích chạy Overclock có thể làm việc lên tới điện áp 2.4V mà vẫn duy trì chế độ bảo hành . Nhiều thanh nhớ giá rẻ không cần sử dụng công nghệ làm mát phức tạp và vẫn có thể chạy với điện áp thấp hơn mà làm việc một cách ổn định trong một thời gian dài .

Người phụ trách Marketing của Micron nói về điện áp cao hơn của DRAM và ảnh hưởng tới tuổi thọ . Ví dụ khi được hỏi về những thanh nhớ thông thường chạy với điện áp 2.0V “ thực tế rằng tuổi thọ lúc đó sẽ ngắn hơn so với thành nhớ chạy điện áp 1.8V . Tại điện áp 1.8V thanh nhớ có thể làm việc tới 200 năm . Tại điện áp 2.0V chỉ có thể làm việc được 10 năm . Nhưng chỉ sau 3 hoặc tới 5 năm là bộ nhớ của bạn đã thay đổi hoặc đã được nâng cấp “ .

 

JEDEC đưa ra thông số kĩ thuật của bộ nhớ DDR2 chỉ tới 800MHz , tuy nhiên với những bộ nhớ DDR2 có tốc độ cao hơn 800MHz lại nằm ngoài chuẩn công nghiệp và yêu cầu những Motherboard sử dụng nó phải hỗ trợ với những tốc độ này .

Có một điều quan trọng nên lưu ý đó là tính năng kĩ thuật JEDEC đưa ra dựa trên những tham số với những mức độ an toàn cao nhất . Điều đó cho phép bất kì mọi tính năng kĩ thuật mà JEDEC đưa ra đều có thể được nới rộng hơn nếu như những Motherboard và Chipset có khả năng cung cấp . Chuẩn DDR mà JEDEC đưa ra có nhiều vấn đền liên quan tới tính tin cậy của tín hiệu mà không chỉ có liên quan tới tốc độ của bộ nhớ .

Chính vì thế hiện nay có nhiều Motherboard hỗ trợ bộ nhớ DDR2 và nhiều thanh nhớ DDR2 được tạo ra để làm việc được với điện áp 1.85V tới 1.95V mà không gặp vấn đề liên quan tới sự ổn định của hệ thống .

 

Hình học Topo T-Branch đối xứng

DDR2 chia xẻ cấu trúc tương tự với DDR1 , hay được biết với tên gọi Topo T-Branch . Tuy nhiên , DDR2 khác với thế hệ trước đó là dùng thiết kế kiểu Đối xứng .

Bus Lệnh ( Command ) , Địa chỉ ( Address ) và Đồng hồ ( Clock ) tới mỗi Chip DRAM trong cấu trúc Đối xứng đã cải tiến chất lượng tín hiệu tại những tần số cao hơn và giảm thiểu những tín hiệu nhiễu hoặc những tín hiệu không rõ ràng .

Thiết kế Topo T-Branch đối xứng là sự cải tiến chính trong bộ nhớ DDR2 so với cấu trúc Topo T-Branch không đối xứng .

 

 

DDR2 T-Branch có thể vẫn còn vấn đề liên quan tới sự chênh lệch thời gian giữa Bus Command-Address-Clock dài hơn với Bus Data ngắn hơn . Nhưng nó lại không phải là vấn đề chính trong bộ nhớ DDR2 , tuy nhiên lại là vấn đề cần cải tiến với tốc độ của bộ nhớ DDR3 .

Lấy trước dữ liệu  – Data Prefetch

DDR2 dùng thiết kế “4n-prefetch” khác với “2n-prefetch” của bộ nhớ DDR1 . Tại mỗi chu kì , nó cho phép 04-bit dữ liệu sắp thành hàng từ Bank nhớ bên trong đi vào bộ đệm IO trước khi truyền chúng ra lên Bus dữ liệu .

Theo Joe Macri , là thành viên của JEDEC DRAM và đã từng làm tại ATI , nói rằng mục đích chính của cấu trúc “4n-prefetch” là để giảm tần số lõi của DRAM mà vẫn hỗ trợ tốc độ dữ liệu cao hơn . Điều đó cho phép lõi DRAM chạy với tốc độ chỉ bằng ¼ tần số Bus dữ liệu .

Lợi ích trực tiếp của thiết kế này là cho phép duy trì sự ổn định trong quá trình xử lí sản xuất mà không cần phải thiết kế lại . Nó cho phép việc sản xuất những Chip DDR2 được đơn giản mà vẫn sử dụng được với tốc độ truyền dữ liệu cao hơn .

Clock Skew trong Bộ nhớ đồng bộ

Khi tăng số lượng mạch điện được đồng bộ với Xung nhịp khiến cho có thể xuất hiện trễ của Xung nhịp đồng hồ . Kết quả của việc này là những dữ liệu sẽ có gặp vấn đề liên quan với kết hợp đúng với Xung nhịp đồng hồ vào đúng thời gian cần thiết . Hiện tượng như vậy gọi là Clock Skew .

Clock Skew – Lệch Xung nhịp – có thể do nhiều yếu tố tạo thành như độ dài của dây dẫn , sự thay đổi nhiệt độ , những mạch điện được thêm vào trên đưồng truyền Xung nhịp đồng hồ , sự không hoàn hảo của vật liệu chế tạo linh kiện , lỗi thiết kế cơ bản trên Motherboard …. , nói một cách khác nó có thể xảy ra trong những bộ phận khác nhau của Hệ thống bộ nhớ . Những mạch điện De-Skew tại những vị trí khác nhau sẽ cố gắng hạn chế ảnh hưởng của hiện tượng Clock Skew xuống mức thấp nhất để duy trì sự liên kết chặt chẽ giữa Dữ liệu và Đồng hồ Hệ thống . Tuy nhiên tốc độ làm việc của bộ nhớ ngày càng tăng thì không phải tất cả mọi vấn đề đều có thể giải quyết được một cách dễ dàng .

Những người ưa thích công nghệ hoặc hay thích chạy Overclock lại biết rõ những giá trị “Clock Skew” trong BIOS của Motherboard . Nó có thể được dùng để thu được mức độ ổn định cao hơn khi Overclock bộ nhớ máy tính để giải quyết vấn đề liên quan Clock Skew giữa những Bank DIMM . Chắc chắn một điều với Hiệu suất bộ nhớ nhanh hơn thì Clock Skew sẽ lớn hơn .

Clock Skew có thể ảnh hưởng nhiều hơn nếu dùng 04 thanh nhớ khi so sánh với hai thanh nhớ dùng trên một Motherboard , tổng số độ lệch phụ thuộc vào hai khe nào được dùng tại bất kì một thời gian nào và thiết kế cơ bản của mạch in .

Những Motherboard giải quyết được vấn đề trên thì thường có giá thành rất cao vì chi phí sản xuất cũng như từng công đoạn kiểm tra phức tạp . Tuy nhiên với áp lực cạnh tranh trên thị trường mà các nhà sản xuất nhiều khi không có đủ thời gian để chạy kiểm tra vì thế họ thường phải thông qua các phiên bản vá lỗi cập nhật trong BIOS . Những Chipset Motherboard ngày càng phức tạp và tốc độ của bộ nhớ ngày càng tăng thì càng có nhiều khả năng xảy ra những lỗi như đã đề cập trên .

Triệt tiêu tín hiệu nhiễu bằng ODT ( On-Die Termination )

Nhiều tính năng được thêm vào Motherboard và hiệu suất làm việc tiếp tục được tăng lên thì việc duy trì Tín hiệu một cách trung thực ngày càng trở nên vô cùng khó khăn . Việc sử dụng những Motherboard với những Điện trở đầu cuối để hạn chế Tín hiệu nhiễu phản xạ với tốc độ cao như DDR2 là một vấn đề vô cùng nghiêm trọng .

ODT của bộ nhớ DDR2 cải thiện được độ trung thực của tín hiệu với công nghệ trở kháng động ngay bên trong Chip nhớ . Việc đó khiến cho chi phí sản xuất Motherboard giảm xuống nhờ giảm bớt công đoạn kiểm tra và không đòi hỏi yêu cầu chất lượng vật liệu sản xuất cao là thuận lợi nhất trong những lợi ích mà nó mang lại .

Những tín hiệu không dự đoán trước được có thể tác động tới những linh kiện khác nhau theo những mức độ khác nhau , nhưng đối với DRAM thì điều này vô cùng đáng lo ngại . ODT có tác dụng ngăn chặn những tín hiệu nhiễu phản xạ trên Bus dữ liệu trong những hoạt động Đọc / Ghi ngay tại Chip nhớ .

Chạy Overclock đôi khi kết quả khiến cho dữ liệu trong bộ nhớ bị lỗi . Trong BIOS của một số Motherboard cho phép người dùng thay đổi bằng tay giá trị điện trở này từ 50, 75 , 150 Ω . Theo tính năng kĩ thuật JEDEC thì giá trị 50 Ω phù hợp với bộ nhớ DDR2-667 và cho một số nền tảng khác nhau .

Để biết bộ nhớ của bạn có hỗ trợ bằng điện trở 50 Ω hay không , có một chương trình với tên gọi SPDTool có thể được dùng để xem những tính năng kĩ thuật liên quan tới bộ nhớ . Những nhà thiết kế Motherboard yêu cầu mô phỏng những tín hiệu Đọc và Ghi dựa trên những cấu hình ODT khác nhau để chọn ra một giá trị phù hợp nhất .

Quá trình mô phỏng này họ phải mô phỏng cấu hình dựa trên kết hợp trở kháng của Motherboard và những thiết lập ODT khác nhau với những cấu hình Khe cắm RAM khác nhau . Đó cũng chính là nguyên nhân tại sao những Motherboard rẻ tiền chỉ có hai Slot cắm RAM .

 Bộ nhớ DDR3

Thế hệ thứ ba của bộ nhớ DDR là bộ nhớ DDR3 lần đầu tiên được giới thiệu , mặc dù vẫn có những mặt hạn chế , vào giữa năm 2007 . Cũng như bộ nhớ DDR2 , DDR3 cho máy tính để bàn có 240 chân và chỉ khác với bộ nhớ DDR2 về mặt hình thức tại vị trí vết khía phái bên dưới chân cắm .

Hầu hết những bộ nhớ DDR3 dùng cho máy tính để bàn đều dùng Chip nhớ có chân cắm kiểu FBGA (Fine-pitch Ball Grid Array ) có diện tích và hình dạng khác nhau tuỳ theo những nhà sản xuất . Kiểu đóng gói FBGA thường nhiều chân hơn so với những kiểu khác – đó cũng là lí do khiến cho những nhà thiết kế phải đầu tư nhiều thời gian hơn để nghiên cứu để đưa ra được những thông số phù hợp với yêu cầu , như tín hiệu Reset Không đồng bộ .

 

Hiện tại nhiều nhà chế tạo đang sản xuất bộ nhớ dựa trên công nghệ 90nm thì cũng có một số đang sản xuất với công nghệ 78nm ( như Micron ) hoặc đang chuẩn bị sản xuất dựa trên công nghệ 65nm hoặc thấp hơn nữa .

 

Theo những số liệu từ những nhà sản xuất bộ nhớ nói rằng bộ nhớ DD3 sẽ chiếm khoảng 50% thị phần vào nửa cuối năm 2009 . Đó cũng chính là nguyên nhân mà giá DDR3 vẫn còn cao cho tới cuối năm 2009 và ít nhất cũng bằng với giá bộ nhớ DDR . Hiệu suất làm việc của bộ nhớ DDR3 cũng đã được các nhà sản xuất như OCZ , Corsair , SuperTalent được cải thiện bằng cách chế tạo với tốc độ 1.8-2GHz cao hơn so với thông số chuẩn 1.6GHz là JEDEC đã đưa ra .

Những thanh nhớ DDR3 có khả năng đạt tới dung lượng 16GB và thậm trí còn hơn thế nữa . Khả năng của những thanh nhớ DDR2 có thể cao nhất đạt được tới 4GB/ thanh nhớ , nhưng lại vô cùng đắt tiền hơn nhiều khi so với 1GB/thanh hoặc 2GB/thanh  . Những bộ vi xử lí AM3 của AMD và những bộ vi xử lí Nehalem thuộc thế hệ tiếp theo của Intel sẽ hỗ trợ bộ nhớ DDR3 .

Giảm năng lượng với bộ nhớ DDR3

Lợi ích của DDR3 bao gồm có mức tiêu thụ năng lượng giảm , nhanh hơn , dung lượng cao hơn và cải thiện tính trung thực của tín hiệu .

Nó yêu cầu điện áp làm việc thấp hơn , 2.5V cho DDR1 , 1.8V cho DDR2 và 1.8V tới 1.5V cho DDR3 ; Tuy nhiên với những thanh nhớ DDR3 có tốc độ cực cao lại yêu cầu điện áp 1.8-2V để làm việc được ổn định hơn .

Mặc dù điện áp làm việc 1.5V , tuy nhiên có một số thanh nhớ DDR3 lại làm việc với điện áp thấp hơn . Nó được dùng trong những máy tính xách tay , Ultra-Portable .

Việc kết hợp những bộ nhớ DDR3 sử dụng điện áp thấp với những thiết bị lưu trữ kiểu SSD khiến cho mức độ tiêu thụ năng lượng trong máy tính xách tay giảm đi đáng kể , khi đó máy tính xách tay chạy mát hơn và thời gian sử dụng Ắc quy lâu hơn .

Lấy trước dữ liệu – Data PreFetch

DDR3 dùng “8n-prefetch” , mỗi chu kì DRAM truyền 8-bit ( 1-Byte ) thông tin từ những Bank Chip nhớ gửi tới bộ đệm IO trước khi gửi chúng ra bên ngoài .  Thật vô cùng ngạc nhiên khi thấy tần số lõi DRAM có cùng tốc độ với DDR1 trong khi dữ liệu truyền đi tăng tới 800% .

Cấu trúc “Fly-by”

ĐỂ chất lượng tín hiệu cao hơn với tốc độ cao hơn , DDR3 dựa vào cấu trúc với tên gọi “Fly-by” cho những Lệnh , Địa chỉ và Tín hiệu đồng hồ .

“Fly-by” nối những Chip DRAM trông thanh nhớ theo hình thức nối tiếp , và tại điểm cuối của đường kết nối là điểm đầu cuối nối đất để thu lại những tín hiệu dư thừa , để ngăn chặn tín hiệu phản xạ quay trở lại Bus .

Lợi ích lớn nhất là cấu trúc “Fly-by” mang lại đó là khả năng đạt được tốc độ truyền dữ liệu cao hơn với mức nhiễu tín hiệu thấp hơn .

 

 

 

Những nhà sản xuất bộ nhớ cho rằng sẽ không có bộ nhớ DDR3 nếu không có thiết kế kiểu “Fly-by” . Cấu trúc mới này được chế tạo để tránh những hạn chế của cấu trúc kiểu T-Branch có trong DDR2 tại tốc độ cao hơn .

 

Mặc dù có sự thuận lợi với thiết kế “ Fly-by” nhưng lại bổ xung thêm sự phức tạp ; Sự kết nối “Fly-by” liên tiếp của Bus Command-Address-Clock tới những DRAM sẽ làm nguyên nhân làm tăng Clock Skew , Lệch xung nhịp , với Bus Dữ liệu tại những DRAM phía cuối cùng . Nói một cách đơn giản đó là những tín hiệu của Bus Command-Address-Clock truyền trên một quãng đường dài sẽ làm tăng độ trễ của những tín hiệu này .