Verwendung von SDRAM vs. DDR RAM in Ihrem PCB-Design

Embedded Computer, Vision-Geräte, DAQ-Module und vieles mehr benötigen alle eine Art von Speicher, sei es ein Flash-Chip oder ein RAM-Modul. Normalerweise würde man etwas wie einen Flash-Speicherchip oder ein kleines eMMC-Modul nicht für temporären Speicher verwenden, da das Gerät ständige Neuschreibungen erfordert. Stattdessen, wenn Sie eine flüchtige (d.h. temporäre) Speicherlösung benötigen, würden Sie sich für statischen oder dynamischen RAM (SRAM oder DRAM) entscheiden. Zwischen diesen beiden Arten von RAMs gibt es asynchrone und synchrone Versionen, wobei der synchrone Typ normalerweise in moderner Hochgeschwindigkeitselektronik verwendet wird.

SDRAM ist eine dieser standardmäßigen Optionen mit niedrigerer Geschwindigkeit/kleinerer Kapazität für On-Board-Speicher ohne eine externe Platine. Designer, die noch nicht mit RAM-Modulen gearbeitet haben, stellen sich wahrscheinlich große DDR-RAM-Sticks vor, wie man sie in seinen Desktop oder Laptop einbauen würde. Stattdessen können einzelne RAM-Chips auf einer Platine installiert werden, und sie müssen nicht die Art von Hochgeschwindigkeits-, Hochkapazitäts-RAM-ICs sein, die Sie auf einem typischen SODIMM-Stick finden würden. Wenn Sie entscheiden müssen, welche Art von Speicher Sie auf Ihrer Platine verwenden sollen, lesen Sie weiter, um einige der grundlegenden Designrichtlinien für SDRAM vs. DDR-Speichermodule zu sehen.

SDRAM vs. DDR RAM Module

SDRAM (synchrones dynamisches RAM) Module sind der Standardtyp von RAM-Modulen, die in moderner Elektronik verwendet werden. Beim Vergleich von SDRAM und DDR ist es wichtig zu beachten, dass DDR eine Art von SDRAM ist, wobei der erste DDR SDRAM-Chip 1997 von Samsung veröffentlicht wurde. Seitdem wurden neuere DDR-Generationen produziert und die Speicherkapazitäten sind gestiegen. Dennoch sind SDRAM-Module, die mit einfacher Datenrate arbeiten, nicht verschwunden. Von hier an, wenn ich „SDRAM“ erwähne, beziehe ich mich nur auf die Version mit einfacher Datenrate und nicht auf DDR.

Die untenstehende Tabelle vergleicht einige der grundlegenden Betriebsparameter von SDRAM und DDR. Wie wir aus dieser Tabelle entnehmen können, haben die beiden Speichertypen ähnliche Fähigkeiten, abgesehen von Taktrate und Kapazität.

Generell bedeutet die höhere Taktrate bei DDR und die Tatsache, dass DDR pro Taktzyklus 2x Daten überträgt, dass DDR-Module viel schneller sind als Single Data Rate SDRAMs. Beide Arten von RAM haben eine synchrone Schnittstelle, was bedeutet, dass sie einen quellsynchronen Takt verwenden, um die Datenübertragung vom Speichermodul auszulösen. Dies erfordert die Durchsetzung von Längenabstimmung über den Bus, damit das

Die oben aufgeführten DDR-Zahlen beziehen sich auf DDR4-Module; DDR3 und frühere Versionen werden niedrigere Spezifikationen sowie geringere Kosten aufweisen. DDR5 verschiebt die Grenzen in der obigen Tabelle zu höheren Taktfrequenzen (3200 MHz) und Datenraten (bis zu 6400 MT/s pro Modul), und die neuesten Verbraucher- und Serverprodukte werden später im Jahr 2021 verfügbar sein. All dies wirft die Frage auf: Wenn DDR eine so viel höhere Kapazität und Datenübertragungsrate hat, warum wird DDR dann nicht in jedem System verwendet, das flüchtigen Speicher benötigt?

Warum Single Data Rate SDRAM verwenden?

Für einige Systeme ist die Verwendung von On-Board-DDR-Modulen oder der Zugriff auf einen DDR-Stick über einen Edge-Connector übertrieben. Man benötigt einfach nicht so viel RAM, es sei denn, man betreibt ein vollständiges Betriebssystem oder mehrere Anwendungen auf einem eingebetteten Gerät. Das bedeutet jedoch nicht, dass kleine eingebettete Systeme nicht viel Speicher benötigen. Oftmals ist der benötigte Speicher nicht flüchtig und könnte durch einen Flash-Chip, eine SD-Karte oder ein eMMC-Modul bereitgestellt werden.

Hier sind einige der Hauptgründe, warum Sie ein SDRAM-Modul anstelle eines vollständigen DDR-Moduls in Ihrer eingebetteten Systemarchitektur verwenden möchten:

• Schnittstelle mit MCUs: Ich habe noch nicht von einem MCU gehört, der sich mit einem DDR-Modul verbinden kann; dafür benötigt man mindestens einen MPU oder einen FPGA. Allerdings können einige leistungsfähigere MCUs über einen internen Controller auf große Mengen volatilen Speichers zugreifen. Die STM32F7-Serie von MCUs ist ein sehr beliebtes Beispiel; ihr interner flexibler Speichercontroller (FMC) kann verwendet werden, um auf SDRAMs mit etwa 100 MHz zuzugreifen.
• Niedrige Kosten: In eingebetteten Systemen, die viel Speicher benötigen, wie kleinere ML-fähige Systeme, die eingebettete Inferenzaufgaben durchführen, kann das System viel Speicher benötigen, der von einem RAM-Modul bereitgestellt werden kann. Da der Einsatz dieser Arten von Systemen voraussichtlich nur zunehmen wird, macht es keinen Sinn, teure DDR-Module zu verwenden, wenn ein SDRAM-Chip die Arbeit erledigen kann.
• Einfacheres Routing: Da SDRAM-Chips etwas langsamer laufen, sind die Signalanstiegszeiten langsamer, sodass die Anforderungen an die Längenabgleichung viel einfacher sind. Stellen Sie sicher, dass Sie diese Grenzen in Ihren Designregeln kodieren.
• Weniger Übersprechen: Jedes Hochgeschwindigkeits-Digitalprotokoll, einschließlich DDR4, wird ein gewisses Übersprechen innerhalb der parallelen Bus-Schnittstelle und zu anderen Bussen auf der Platine aufweisen. Der Vorteil bei niedrigerer Geschwindigkeit ist das weniger intensive Übersprechen zwischen den Signalen im Bus.
• Gleiche Bus-Topologie: SDRAM und DDR verwenden den gleichen Typ von Bus, was bedeutet, dass sie die gleichen Signalsets haben und die Signale die gleichen Bedeutungen haben. Wenn Sie wissen, wie man eine Single-Data-Rate SDRAM-Schnittstelle routet, dann wissen Sie wie man mit schnelleren DDR-Schnittstellen arbeitet.

Nicht jedes System wird ein Single-Data-Rate SDRAM-Modul benötigen, aber sie sind definitiv einfacher zu verwenden mit beliebten eingebetteten Systemarchitekturen, die um Mikrocontroller herum aufgebaut sind. Wenn Sie einen benutzerdefinierten Einplatinencomputer oder ein Motherboard entwerfen und Ihr System einen hohen Speicherbedarf hat, beißen Sie einfach in den sauren Apfel und entscheiden Sie sich für eines oder mehrere DDR-Module. Wenn Sie noch nie mit modernen DDR-Modulen gearbeitet haben, können Sie immer noch bei DDR2 anfangen und Sie werden im Vergleich zu einem typischen SDRAM-Modul reichlich Speicher für Ihr System erhalten.

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