Utilizzo di SDRAM vs. DDR RAM nel Tuo Progetto PCB

I computer incorporati, i dispositivi di visione, i moduli DAQ e molto altro avranno tutti bisogno di una certa memoria, che si tratti di un chip Flash o di un modulo RAM. Normalmente, qualcosa come un chip di memoria Flash o un piccolo modulo eMMC non sarebbe utilizzato per l'archiviazione temporanea poiché il dispositivo richiede costanti riscritture. Invece, se hai bisogno di una soluzione di memoria volatile (cioè temporanea), opteresti per la RAM statica o dinamica (SRAM o DRAM). Tra questi due tipi di RAM, esistono versioni asincrone e sincrone, di cui il tipo sincrono è normalmente utilizzato nell'elettronica ad alta velocità moderna.

La SDRAM è una di queste opzioni standard, a velocità/capacità inferiore, disponibile per la memoria on-board senza una scheda esterna. I progettisti che non hanno lavorato con moduli RAM probabilmente immaginano grandi stick di RAM DDR come quelli che installi nel tuo desktop o laptop. Invece, singoli chip di RAM possono essere installati su una scheda, e non devono essere i tipi di IC di RAM ad alta velocità, ad alta capacità che troveresti su un tipico stick SODIMM. Se devi decidere quale tipo di memoria utilizzare nella tua scheda, continua a leggere per vedere alcune delle linee guida di base per la progettazione di moduli di memoria SDRAM vs. DDR.

Moduli SDRAM vs. DDR RAM

I moduli SDRAM (synchronous dynamic RAM) rappresentano il tipo standard di modulo RAM utilizzato nell'elettronica moderna. Nel confrontare SDRAM vs. DDR, è importante notare che DDR è un tipo di SDRAM, con il primo chip DDR SDRAM rilasciato nel 1997 da Samsung. Da allora, sono state prodotte nuove generazioni di DDR e le capacità di memoria sono aumentate. Tuttavia, i moduli SDRAM che operano a singola velocità di trasferimento dati non sono scomparsi. Da qui in avanti, quando mi riferirò a "SDRAM", sappiate che sto parlando della versione a singola velocità di trasferimento dati e non di DDR.

La tabella sottostante confronta alcuni dei parametri operativi di base di SDRAM vs. DDR. Come possiamo vedere da questa tabella, i due tipi di memorie hanno capacità simili, a parte per quanto riguarda la frequenza di clock e la capacità.

In generale, il maggiore tasso di clock in DDR, e il fatto che i moduli DDR trasferiscono 2x dati per ciclo di clock, significa che i moduli DDR sono molto più veloci rispetto agli SDRAM a singolo tasso di dati. Entrambi i tipi di RAM hanno un'interfaccia sincrona, il che significa che utilizzano un clock sincrono di origine per innescare il trasferimento dei dati dal modulo di memoria. Questo richiede l'applicazione del tuning della lunghezza attraverso il bus in modo che il

I numeri DDR elencati sopra si riferiscono a moduli DDR4; DDR3 e precedenti avranno specifiche inferiori, così come costi minori. DDR5 sta spingendo i limiti nella tabella sopra a frequenze di clock più elevate (3200 MHz) e tassi di trasferimento dati (fino a 6400 MT/s per modulo), e i nuovi prodotti consumer e server saranno disponibili più avanti nel 2021. Tutto ciò solleva la domanda: se DDR ha una capacità e un tasso di trasferimento dati così elevati, perché non viene utilizzato in ogni sistema che richiede memoria volatile?

Perché utilizzare SDRAM a Singola Velocità di Trasferimento Dati?

Per alcuni sistemi, optare per moduli DDR on-board o accedere a una memoria DDR tramite un connettore edge è eccessivo. Semplicemente non hai bisogno di così tanta RAM a meno che non stia facendo funzionare un sistema operativo completo o più applicazioni su un dispositivo embedded. Questo non significa che i piccoli sistemi embedded non abbiano bisogno di molta memoria. Spesso, la memoria necessaria è non volatile e potrebbe essere fornita tramite un chip Flash, una scheda SD o un modulo eMMC.

Ecco alcune delle principali ragioni per cui potresti voler utilizzare un modulo SDRAM invece di un modulo DDR completo nella tua architettura di sistema embedded:

• Interfaccia con MCU: Non ho mai sentito parlare di un MCU che possa connettersi a un modulo DDR; avresti bisogno almeno di un MPU o di un FPGA. Tuttavia, alcuni MCU più potenti possono accedere a grandi quantità di memoria volatile tramite un controller interno. La serie STM32F7 di MCU è un esempio molto popolare; il suo controller di memoria flessibile interno (FMC) può essere utilizzato per accedere a SDRAM a circa 100 MHz.
• Basso costo: Nei sistemi embedded che necessitano di molta memoria, come i sistemi più piccoli capaci di ML che eseguono compiti di inferenza embedded, il sistema può necessitare di molta memoria che può essere fornita da un modulo RAM. Con il solo aumento previsto del dispiegamento di questi tipi di sistemi, non ha senso utilizzare moduli DDR costosi quando un chip SDRAM può fare il lavoro.
• Routing più semplice: Poiché i chip SDRAM funzionano in modo un po' più lento, i tempi di salita del segnale sono più lenti, quindi i requisiti di abbinamento delle lunghezze sono molto più semplici. Assicurati di codificare questi limiti nelle tue regole di progettazione.
• Meno diafonia: Qualsiasi protocollo digitale ad alta velocità, incluso DDR4, presenterà una certa diafonia all'interno dell'interfaccia del bus parallelo e verso altri bus sulla scheda. Il vantaggio di operare a velocità inferiore è la minore intensità della diafonia tra i segnali nel bus.
• Stessa topologia del bus: SDRAM e DDR utilizzano lo stesso tipo di bus, il che significa che hanno gli stessi set di segnali e i segnali hanno gli stessi significati. Se sai come instradare un'interfaccia SDRAM a singola velocità di trasmissione dati, allora sai come lavorare con interfacce DDR più veloci.

Non ogni sistema avrà bisogno di avere un modulo SDRAM a singola velocità di trasmissione dati, ma sono certamente più facili da usare con popolari architetture di sistemi embedded costruite attorno ai microcontrollori. Se stai progettando un computer su scheda singola o una scheda madre personalizzata, e il tuo sistema necessita di alta memoria, semplicemente accetta la situazione e opta per uno o più moduli DDR. Se non hai mai lavorato con moduli DDR moderni, puoi comunque optare per DDR2 e otterrai abbondante memoria per il tuo sistema rispetto a un tipico modulo SDRAM.

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