Da sich die Landschaft der Computertechnologie ständig weiterentwickelt und verändert, entstehen neue Standards und die Gerätearchitekturen müssen entsprechend angepasst werden. Diese Aussage gilt auch für den Generationswechsel der Standards von DDR3 zu DDR4.
Diese Fortschritte im Arbeitsspeicher mit wahlfreiem Zugriff haben auch die Gesamtleistung erheblich verbessert. Um die Vorteile des neuesten RAM nutzen zu können, müssen sich die PCB-Designs daher ändern, genau wie sie es getan haben, als sich der USB-Standard von USB 2.0 zu USB 3.0 entwickelte. Diese Art von Änderungen sind fortlaufend und notwendig, da die Marktnachfrage nach mehr Verarbeitungsleistung, besserer Leistung und erweiterten Funktionen die Branche weiter antreibt.
Während die meisten Menschen die für das PCB-Design erforderlichen Architekturänderungen nicht bemerken oder sehen werden, schmälert dies nicht die Bedeutung dieser wichtigen Änderungen.
Double Data Rate 4 (DDR4), kurz DDR4, gibt es in zwei verschiedenen Modultypen. Ein Modultyp ist das kleine Dual-Inline-Speichermodul (260 Pins) oder So-DIMM, das in tragbaren Computergeräten wie Laptops verwendet wird. Der andere Modultyp ist das Dual-Inline-Speichermodul (288 Pins), kurz DIMM, das in Geräten wie Desktops und Servern verwendet wird.
Die erste Änderung in der Architektur ist natürlich auf die Anzahl der Pins zurückzuführen. Die vorherige Iteration (DDR3) von DIMMs verwendete 240 Pins, während So-DIMMs 204 Pins hatten. Die oben genannten DDR4-DIMMs verwenden 288 Pins. Mit mehr Pins oder Kontakten bietet DDR4 eine größere DIMM-Kapazität, eine bessere Datenintegrität, schnellere Download-Geschwindigkeiten und eine höhere Energieeffizienz.
Zusammen mit dieser allgemeinen Leistungsverbesserung kommt ein gekrümmtes Design (unten), das bessere, sicherere Verbindungen und eine verbesserte Stabilität und Festigkeit während der Installation ermöglicht. Darüber hinaus haben Bench-Tests bewiesen, dass DDR4 eine Leistungssteigerung von 50% bis zu 3.200 MTs (Megabit pro Sekunde Übertragungsrate) ermöglicht.
Und diese Leistungssteigerungen werden bei reduziertem Stromverbrauch erzielt: Jedes DIMM verbraucht nur 1,2 Volt anstelle der 1,5 bis 1,35 Volt, die vom Standard der vorherigen Generation gefordert werden. All diese Änderungen bedeuten, dass PCB-Designer ihren Designansatz neu bewerten müssen, um DDR4 zu implementieren.
Wenn wir wollen, dass elektronische Geräte oder Komponenten auf optimalem Niveau arbeiten, benötigen wir präzise PCB-Designs mit DDR4-Implementierung. Das ist gut verstanden. Neben der Notwendigkeit der Designgenauigkeit muss es auch mit dem heutigen Speicher kompatibel sein.
PCB-Designer müssen auch eine Vielzahl anderer Faktoren berücksichtigen, wie z. B. die Raumzuweisung und kritische Verbindungen. Es besteht auch die Notwendigkeit, die anfängliche Entwurfsphase zu verwalten, da der Entwurf für eine erfolgreiche Implementierung die Verdrahtungstopologie und die Entwurfsspezifikationen erfüllen muss.
Um Daten effektiv zu verwalten, sollten PCBs Verkabelung und Best Practices (PCBs) befolgen, da dies zu mehreren Problemen führen kann, einschließlich Anfälligkeit und abgestrahlten Emissionen. PCB-Designer sollten auch geeignete Techniken verwenden, um massive Fan-Out- und hohe Edge-Raten zu erreichen, um einen niedrigen BER und einen Datenbereich von 1,6 bis 3,2 Gbit/s aufrechtzuerhalten. Auch hier werden unsere Leiterplatten ohne geeignete Designtechniken Signalintegritätsprobleme haben und zu Übersprechen und daraus resultierendem (übermäßigem) Jitter führen.
Um den besten Routing-Pfad in einem PCB-Design zu erreichen, sind die richtige Platzierung von DIMM-Steckverbindern und die ordnungsgemäße Verwendung von Speicherchips erforderlich. Im Allgemeinen erfordert DDR4 SDRAM eine kürzere Verkabelung und einen angemessenen Abstand, um Spitzentiming und optimale Signalintegrität zu erreichen. PCB-Designer sollten auch Pins in den relevanten Signalgruppen austauschen. Darüber hinaus sollten Signalverdrahtungen an Lücken, nebeneinander liegende Signalschichtverdrahtung und Splitting der Referenzebene während der Implementierung vermieden werden.
Wenn möglich, sollten wir auch die Speicherschnittstellensignale zwischen der Stromversorgungsschicht oder der entsprechenden Masse (GND) routen. Darüber hinaus können Sie dazu beitragen, Übertragungsgeschwindigkeitsunterschiede zu reduzieren oder zu eliminieren, indem Sie DQ- (Eingabe-/Ausgabedaten), DQS- (Datenauswahl) und DM-Signale (Datenmaske) in derselben Bytekanalgruppe auf derselben Ebene weiterleiten. Taktsignale haben längere Ausbreitungsverzögerungen als DQS-Signale, daher müssen die Taktsignalausrichtungslängen in der Regel länger sein als die längste DQS-Ausrichtung in einem zweireihigen Inline-Speichermodul.
Schließlich müssen wir bedenken, dass jeder Board-Stack anders ist und damit auch die Abstandsanforderungen. Daher muss ein Feldlöser (z. B. Cadence Clarity™ 3D Solver) verwendet werden, um ein Übersprechen unter -50 dB zwischen kritischen Signalen herzustellen. Hinweis: Es gibt keine Längenanforderung von der Uhr bis zur DQS, aber es gibt eine Längenanforderung von der Uhr bis zum Befehl / Steuerelement / Adresse. Die Längenanforderung hängt von der Dk (Dielektrizitätskonstante) des Materials und der Belastung jedes SDRAM ab. 4.
DQS-, DQ- und DM-Netzwerke können jeder verfügbaren internen Stripline-Schicht im Stack zugewiesen werden. Stattdessen sollten Adresse/Befehl/Steuerung und Takt auf Schichten näher am SDRAM verlegt werden, um die Überlochkopplung zu minimieren.
Adress-/Befehls-/Steuerungs-SDRAM-Vias sollten an jedem SDRAM mit dem Boden verbunden sein (schattierte Vias), um die Vias-Kopplung zu reduzieren.
Darüber hinaus hängt die Adress- und Steuerungsreferenzleistungsschicht oder -masse vom Controller ab. Beachten Sie, dass DIMMs über Adress- und Steuerreferenzleistungsschichten verfügen, während integrierte BGAs (Ball Grid Arrays) selten Adress- und Steuerreferenzleistungsschichten aufweisen.
DDR4 erfordert, wie der Standard der vorherigen Generation (DDR3), einen neuen Designansatz in seiner Implementierung. Offensichtlich haben sich die Designanforderungen geändert, um der verbesserten Leistung Rechnung zu tragen, was ein Nebeneffekt der Innovation ist. Das Befolgen der richtigen Entwurfs- und Topologietechniken kann jedoch die Leistung maximieren, indem dieser neue moderne Standard genutzt wird.
Egal, ob Sie irgendeine Form von DDR-Speicher implementieren oder an einem Design mit besonders hohen Signalanforderungen arbeiten, die Suite von Design- und Analysetools von Cadence kann Ihnen helfen. Entwirft schneller als Ihre erwartete "doppelte Datenrate".
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