PCB 설계에서 SDRAM과 DDR RAM 사용하기

임베디드 컴퓨터, 비전 장치, DAQ 모듈 등은 플래시 칩이나 RAM 모듈과 같은 어떤 형태의 메모리가 필요합니다. 일반적으로 플래시 메모리 칩이나 작은 eMMC 모듈은 장치가 지속적인 재작성을 요구하기 때문에 임시 저장소로 사용되지 않습니다. 대신, 휘발성(즉, 임시) 메모리 솔루션이 필요한 경우에는 정적 또는 동적 RAM(SRAM 또는 DRAM)을 선택하게 됩니다. 이 두 종류의 RAM 중에서는 비동기식과 동기식 버전이 있으며, 현대의 고속 전자기기에서는 주로 동기식이 사용됩니다.

SDRAM은 외부 보드 없이 온보드 메모리에 사용할 수 있는 표준적이면서도 속도가 낮고 용량이 작은 옵션 중 하나입니다. RAM 모듈을 다루어본 적이 없는 디자이너들은 데스크탑이나 랩탑에 설치하는 큰 DDR 램 스틱을 떠올릴 수 있습니다. 대신, 개별 RAM 칩을 보드에 설치할 수 있으며, 이들은 일반적인 SODIMM 스틱에서 찾을 수 있는 고속, 대용량 RAM IC일 필요는 없습니다. 보드에 사용할 메모리 유형을 결정해야 한다면, SDRAM과 DDR 메모리 모듈에 대한 기본적인 설계 지침을 보려면 계속 읽어보세요.

SDRAM vs. DDR RAM 모듈

SDRAM(동기 동적 RAM) 모듈은 현대 전자기기에서 사용되는 표준 RAM 모듈 유형입니다. SDRAM과 DDR을 비교할 때, DDR이 SDRAM의 한 유형이며, 최초의 DDR SDRAM 칩이 1997년에 삼성에 의해 출시되었다는 점을 주목하는 것이 중요합니다. 그 이후로, 새로운 DDR 세대가 생산되었고 메모리 용량도 증가했습니다. 그럼에도 불구하고 단일 데이터 속도에서 작동하는 SDRAM 모듈은 사라지지 않았습니다. 여기서 "SDRAM"이라고 언급할 때는 DDR이 아닌 단일 데이터 속도 버전을 말한다는 것을 알아두세요.

아래 표는 SDRAM과 DDR의 기본 작동 매개변수를 비교한 것입니다. 이 표에서 볼 수 있듯이, 두 유형의 메모리는 클록 속도와 용량을 제외하고는 비슷한 기능을 가지고 있습니다.

일반적으로 DDR의 더 높은 클록 속도와 DDR이 클록 사이클당 2배의 데이터를 전송한다는 사실은 DDR 모듈이 단일 데이터 속도 SDRAM보다 훨씬 빠르다는 것을 의미합니다. 두 유형의 RAM은 동기식 인터페이스를 사용하여, 즉 소스 동기식 클록을 사용하여 메모리 모듈에서 데이터 전송을 트리거합니다. 이는 버스 전체에 길이 튜닝을 적용해야 함을 요구합니다.

위에 나열된 DDR 숫자들은 DDR4 모듈용입니다; DDR3 및 이전 버전은 사양이 낮을 뿐만 아니라 비용도 낮습니다. DDR5는 상기 표에서 더 높은 클록 주파수(3200 MHz)와 데이터 전송률(모듈당 최대 6400 MT/s)로 한계를 밀어붙이고 있으며, 최신 소비자 및 서버 제품은 2021년 말에 출시될 예정입니다. 이 모든 것은 질문을 불러일으킵니다: DDR이 훨씬 더 높은 용량과 데이터 전송률을 가지고 있다면, 왜 모든 시스템이 휘발성 메모리가 필요할 때 DDR을 사용하지 않는 걸까요?

단일 데이터 속도 SDRAM을 사용하는 이유는?

일부 시스템의 경우, 온보드 DDR 모듈을 사용하거나 엣지 커넥터를 통해 DDR 스틱에 접근하는 것은 과한 일입니다. 임베디드 장치에서 전체 운영 체제나 여러 애플리케이션을 실행하지 않는 한 그렇게 많은 RAM이 필요하지 않습니다. 이것은 작은 임베디드 시스템이 많은 메모리가 필요하지 않다는 의미는 아닙니다. 종종 필요한 메모리는 비휘발성이며 플래시 칩, SD 카드 또는 eMMC 모듈을 통해 제공될 수 있습니다.

임베디드 시스템 아키텍처에서 전체 DDR 모듈 대신 SDRAM 모듈을 사용하고 싶을 수 있는 몇 가지 주요 이유는 다음과 같습니다:

• MCU 인터페이스: DDR 모듈에 연결할 수 있는 MCU에 대해 들어본 적이 없습니다; 적어도 MPU나 FPGA가 필요할 것입니다. 그러나, 좀 더 강력한 MCU는 내부 컨트롤러를 통해 대량의 휘발성 메모리에 접근할 수 있습니다. STM32F7 시리즈 MCU는 매우 인기 있는 예시로, 내부 유연한 메모리 컨트롤러(FMC)를 사용하여 약 100 MHz에서 SDRAM에 접근할 수 있습니다.
• 저렴한 비용: 임베디드 추론 작업을 수행하는 작은 ML 가능 시스템과 같이 많은 메모리가 필요한 임베디드 시스템의 경우, RAM 모듈이 제공할 수 있는 많은 메모리가 필요할 수 있습니다. 이러한 유형의 시스템 배치가 증가할 것으로 예상됨에 따라, 비싼 DDR 모듈을 사용하는 것은 말이 되지 않을 때 SDRAM 칩이 작업을 수행할 수 있습니다.
• 더 쉬운 라우팅: SDRAM 칩이 다소 느리게 동작하기 때문에, 신호 상승 시간이 느려서 길이 매칭 요구 사항이 훨씬 쉽습니다. 디자인 규칙에 이러한 한계를 인코딩하십시오.
• 크로스토크 감소: 모든 고속 디지털 프로토콜, DDR4를 포함하여, 병렬 버스 인터페이스 내부와 보드의 다른 버스로의 일부 크로스토크가 발생합니다. 낮은 속도로 운영하는 것의 좋은 점은 버스 내 신호들 사이의 크로스토크 강도가 덜하다는 것입니다.
• 동일한 버스 토폴로지: SDRAM과 DDR은 동일한 유형의 버스를 사용하므로, 동일한 신호 세트를 가지며 신호의 의미도 같습니다. 단일 데이터 속도 SDRAM 인터페이스를 라우팅하는 방법을 알고 있다면, 더 빠른 DDR 인터페이스를 다루는 방법도 알고 있는 것입니다.

모든 시스템이 단일 데이터 속도 SDRAM 모듈을 필요로 하는 것은 아니지만, 마이크로컨트롤러를 중심으로 구축된 인기 있는 임베디드 시스템 아키텍처와 함께 사용하기에는 확실히 더 쉽습니다. 사용자 정의 싱글보드 컴퓨터나 마더보드를 설계하고 시스템에 고용량 메모리가 필요한 경우, 그냥 과감히 하나 이상의 DDR 모듈을 선택하세요. 현대 DDR 모듈을 다뤄본 적이 없더라도 DDR2로도 충분히 낮출 수 있으며, 이는 일반적인 SDRAM 모듈에 비해 시스템에 충분한 메모리를 제공할 것입니다.

SDRAM과 DDR을 비교하면서 필요한 메모리의 유형과 양을 결정한 후에는 Altium Designer®와 같은 최고의 PCB 레이아웃 소프트웨어를 사용하여 물리적 레이아웃을 생성하세요. PCB 레이아웃에서 신호 무결성과 EMI를 평가해야 할 때 Altium Designer 사용자는 EDB Exporter 확장 프로그램을 사용하여 설계를 Ansys 필드 솔버로 가져와 다양한 강력한 신호 무결성 시뮬레이션을 수행할 수 있습니다. 설계를 마치고 제조업체에 파일을 릴리스하려는 경우 Altium 365™ 플랫폼을 사용하면 프로젝트를 협업하고 공유하기가 쉽습니다.

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