介紹DRAM、FLASH和DDR技術分析和對比

定義

DRAM

DRAM,即動態隨機存取存儲器，最為常見的系統內存。DRAM 只能將數據保持很短的時間。為了保持數據，DRAM使用電容存儲，所以必須隔一段時間刷新(refresh)一次，如果存儲單元沒有被刷新，存儲的信息就會丟失。 (關機就會丟失數據)。

Flash內存

Flash內存即Flash Memory，全名叫Flash EEPROM Memory，又名閃存，是一種長壽命的非易失性(在斷電情況下仍能保持所存儲的數據信息)的存儲器，數據刪除不是以單個的字節為單位而是以固定的區塊為單位，區塊大小一般為256KB到20MB。

閃存是電子可擦除只讀存儲器(EEPROM)的變種，EEPROM與閃存不同的是，它能在字節水平上進行刪除和重寫而不是按區塊擦寫，這樣閃存就比EEPROM的更新速度快，所以被稱為Flash erase EEPROM，或簡稱為Flash Memory。

由于其斷電時仍能保存數據，閃存通常被用來保存設置信息，如在電腦的BIOS(基本輸入輸出程序)、PDA(個人數字助理)、數碼相機中保存資料等。另一方面，閃存不像RAM(隨機存取存儲器)一樣以字節為單位改寫數據，因此不能取代RAM。

NOR Flash和NAND Flash

NOR Flash和NAND Flash是現在市場上兩種主要的非易失閃存技術。

Intel于1988年首先開發出NOR Flash 技術，徹底改變了原先由EPROM(Erasable Programmable Read-Only-Memory電可編程序只讀存儲器)和EEPROM(電可擦只讀存儲器Electrically Erasable Programmable Read - Only Memory)一統天下的局面。

緊接著1989年，東芝公司發表了NAND Flash 結構，強調降低每比特的成本，有更高的性能，并且像磁盤一樣可以通過接口輕松升級。

NOR Flash 的特點是芯片內執行（XIP ，eXecute In Place），這樣應用程序可以直接在Flash閃存內運行，不必再把代碼讀到系統RAM中。NOR 的傳輸效率很高，在1~4MB的小容量時具有很高的成本效益，但是很低的寫入和擦除速度大大影響到它的性能。

NAND的結構能提供極高的單元密度，可以達到高存儲密度，并且寫入和擦除的速度也很快。應用NAND的困難在于Flash的管理和需要特殊的系統接口。通常讀取NOR的速度比NAND稍快一些，而NAND的寫入速度比NOR快很多，在設計中應該考慮這些情況。

DDR

DDR=Double Data Rate雙倍速率同步動態隨機存儲器。嚴格的說DDR應該叫DDR SDRAM，人們習慣稱為DDR，其中，SDRAM 是Synchronous Dynamic Random Access Memory的縮寫，即同步動態隨機存取存儲器。而DDR SDRAM是Double Data Rate SDRAM的縮寫，是雙倍速率同步動態隨機存儲器的意思。

DDR內存是在SDRAM內存基礎上發展而來的，仍然沿用SDRAM生產體系，因此對于內存廠商而言，只需對制造普通SDRAM的設備稍加改進，即可實現DDR內存的生產，可有效的降低成本。

DDR2

DDR2（Double Data Rate 2） SDRAM是由JEDEC（電子設備工程聯合委員會）進行開發的新生代內存技術標準，它與上一代DDR內存技術標準最大的不同就是，雖然同是采用了在時鐘的上升/下降延同時進行數據傳輸的基本方式，但DDR2內存卻擁有兩倍于上一代DDR內存預讀取能力（即：4bit數據讀預?。?。換句話說，DDR2內存每個時鐘能夠以4倍外部總線的速度讀/寫數據，并且能夠以內部控制總線4倍的速度運行。

此外，由于DDR2標準規定所有DDR2內存均采用FBGA封裝形式，而不同于目前廣泛應用的TSOP/TSOP-II封裝形式，FBGA封裝可以提供了更為良好的電氣性能與散熱性，為DDR2內存的穩定工作與未來頻率的發展提供了堅實的基礎。

回想起DDR的發展歷程，從第一代應用到個人電腦的DDR200經過DDR266、DDR333到今天的雙通道DDR400技術，第一代DDR的發展也走到了技術的極限，已經很難通過常規辦法提高內存的工作速度；隨著Intel最新處理器技術的發展，前端總線對內存帶寬的要求是越來越高，擁有更高更穩定運行頻率的DDR2內存將是大勢所趨。

DDR3

DDR3是一種計算機內存規格。它屬于SDRAM家族的內存產品，提供了相較于DDR2 SDRAM更高的運行效能與更低的電壓，是DDR2 SDRAM(四倍資料率同步動態隨機存取內存)的后繼者(增加至八倍)，也是現時流行的內存產品規格。

主要特點：

(1)功耗和發熱量較?。何×薉DR2的教訓，在控制成本的基礎上減小了能耗和發熱量，使得DDR3更易于被用戶和廠家接受。

(2)工作頻率更高：由于能耗降低，DDR3可實現更高的工作頻率，在一定程度彌補了延遲時間較長的缺點，同時還可作為顯卡的賣點之一，這在搭配DDR3顯存的顯卡上已有所表現。

(3)降低顯卡整體成本：DDR2顯存顆粒規格多為16M X 32bit，搭配中高端顯卡常用的128MB顯存便需8顆。而DDR3顯存顆粒規格多為32M X 32bit，單顆顆粒容量較大，4顆即可構成128MB顯存。如此一來，顯卡PCB面積可減小，成本得以有效控制，此外，顆粒數減少后，顯存功耗也能進一步降低。

(4)通用性好：相對于DDR變更到DDR2，DDR3對DDR2的兼容性更好。由于針腳、封裝等關鍵特性不變，搭配DDR2的顯示核心和公版設計的顯卡稍加修改便能采用DDR3顯存，這對廠商降低成本大有好處。

目前，DDR3顯存在新出的大多數中高端顯卡上得到了廣泛的應用。 現在許多低端的顯卡也有采用DDR3顯存的。

DDR4

DDR，英文全稱為：Dual Data Rate，是一種雙倍速率同步動態隨機存儲器。嚴格的說，DDR應該叫DDR SDRAM，人們習慣稱為DDR，其中，SDRAM 是Synchronous Dynamic Random Access Memory的縮寫，即同步動態隨機存取存儲器，而DDR SDRAM是Double Data Rate SDRAM的縮寫，是雙倍速率同步動態隨機存儲器的意思。

簡單來說，DDR4就是第二代內存的意思，目前不少智能手機與電腦都用上了新一代DDR4內存，它屬于我們熟知的DDR3內存的下一代版本，帶來了更低的功耗與更出色的性能。

區別

NAND flash和NOR flash

一、NAND flash和NOR flash的性能比較

flash閃存是非易失存儲器，可以對稱為塊的存儲器單元塊進行擦寫和再編程。任何flash器件的寫入操作只能在空或已擦除的單元內進行，所以大多數情況下，在進行寫入操作之前必須先執行擦除。

NAND器件執行擦除操作是十分簡單的，而NOR則要求在進行擦除前先要將目標塊內所有的位都寫為0。由于擦除NOR器件時是以64～128KB的塊進行的，執行一個寫入/擦除操作的時間為5s，與此相反，擦除NAND器件是以8～32KB的塊進行的，執行相同的操作最多只需要4ms。

執行擦除時塊尺寸的不同進一步拉大了NOR和NADN之間的性能差距，統計表明，對于給定的一套寫入操作(尤其是更新小文件時)，更多的擦除操作必須在基于NOR的單元中進行。

這樣，當選擇存儲解決方案時，設計師必須權衡以下的各項因素。

1、NOR的讀速度比NAND稍快一些。

2、NAND的寫入速度比NOR快很多。

3、NAND的4ms擦除速度遠比NOR的5s快。

4、大多數寫入操作需要先進行擦除操作。

5、NAND的擦除單元更小，相應的擦除電路更少。

二、NAND flash和NOR flash的接口差別

NOR flash帶有SRAM接口，有足夠的地址引腳來尋址，可以很容易地存取其內部的每一個字節。

NAND器件使用復雜的I/O口來串行地存取數據，各個產品或廠商的方法可能各不相同。8個引腳用來傳送控制、地址和數據信息。NAND讀和寫操作采用512字節的塊，這一點有點像硬盤管理此類操作，很自然地，基于NAND的存儲器就可以取代硬盤或其他塊設備。

三、NAND flash和NOR flash的容量和成本

NAND flash的單元尺寸幾乎是NOR器件的一半，由于生產過程更為簡單，NAND結構可以在給定的模具尺寸內提供更高的容量，也就相應地降低了價格。

NOR flash占據了容量為1～16MB閃存市場的大部分，而NAND flash只是用在8～128MB的產品當中，這也說明NOR主要應用在代碼存儲介質中，NAND適合于數據存儲，NAND在CompactFlash、Secure Digital、PC Cards和MMC存儲卡市場上所占份額最大。

四、NAND flash和NOR flash的可靠性和耐用性

采用flahs介質時一個需要重點考慮的問題是可靠性。對于需要擴展MTBF的系統來說，Flash是非常合適的存儲方案?？梢詮膲勖?耐用性)、位交換和壞塊處理三個方面來比較NOR和NAND的可靠性。

五、NAND flash和NOR flash的壽命(耐用性)

在NAND閃存中每個塊的最大擦寫次數是一百萬次，而NOR的擦寫次數是十萬次。NAND存儲器除了具有10比1的塊擦除周期優勢，典型的NAND塊尺寸要比NOR器件小8倍，每個NAND存儲器塊在給定的時間內的刪除次數要少一些。

六、位交換

所有flash器件都受位交換現象的困擾。在某些情況下(很少見，NAND發生的次數要比NOR多)，一個比特位會發生反轉或被報告反轉了。一位的變化可能不很明顯，但是如果發生在一個關鍵文件上，這個小小的故障可能導致系統停機。如果只是報告有問題，多讀幾次就可能解決了。當然，如果這個位真的改變了，就必須采用錯誤探測/錯誤更正(EDC/ECC)算法。位反轉的問題更多見于NAND閃存，NAND的供應商建議使用NAND閃存的時候，同時使用。

七、EDC/ECC算法

這個問題對于用NAND存儲多媒體信息時倒不是致命的。當然，如果用本地存儲設備來存儲操作系統、配置文件或其他敏感信息時，必須使用EDC/ECC系統以確?？煽啃?。

八、壞塊處理

NAND器件中的壞塊是隨機分布的。以前也曾有過消除壞塊的努力，但發現成品率太低，代價太高，根本不劃算。

NAND器件需要對介質進行初始化掃描以發現壞塊，并將壞塊標記為不可用。在已制成的器件中，如果通過可靠的方法不能進行這項處理，將導致高故障率。

九、易于使用

可以非常直接地使用基于NOR的閃存，可以像其他存儲器那樣連接，并可以在上面直接運行代碼。

由于需要I/O接口，NAND要復雜得多。各種NAND器件的存取方法因廠家而異。在使用NAND器件時，必須先寫入驅動程序，才能繼續執行其他操作。向NAND器件寫入信息需要相當的技巧，因為設計師絕不能向壞塊寫入，這就意味著在NAND器件上自始至終都必須進行虛擬映射。

十、軟件支持

當討論軟件支持的時候，應該區別基本的讀/寫/擦操作和高一級的用于磁盤仿真和閃存管理算法的軟件，包括性能優化。

在NOR器件上運行代碼不需要任何的軟件支持，在NAND器件上進行同樣操作時，通常需要驅動程序，也就是內存技術驅動程序(MTD)，NAND和NOR器件在進行寫入和擦除操作時都需要MTD。

使用NOR器件時所需要的MTD要相對少一些，許多廠商都提供用于NOR器件的更高級軟件，這其中包括M-System的TrueFFS驅動，該驅動被Wind River System、Microsoft、QNX Software System、Symbian和Intel等廠商所采用。

驅動還用于對DiskOnChip產品進行仿真和NAND閃存的管理，包括糾錯、壞塊處理和損耗平衡。

DDR與DDR2

DDR與DDR2區別一覽表

DDR2與DDR3

特性區別：

1、邏輯Bank數量

DDR2 SDRAM中有4Bank和8Bank的設計，目的就是為了應對未來大容量芯片的需求。而DDR3很可能將從2Gb容量起步，因此起始的邏輯Bank就是8個，另外還為未來的16個邏輯Bank做好了準備。

2、封裝(Packages)

由于DDR3新增了一些功能，在引腳方面會有所增加，8bit芯片采用78球FBGA封裝，16bit芯片采用96球FBGA封裝，而DDR2則有60/68/84球FBGA封裝三種規格。并且DDR3必須是綠色封裝，不能含有任何有害物質。

3、突發長度(BL，Burst Length)

由于DDR3的預取為8bit，所以突發傳輸周期(BL，Burst Length)也固定為8，而對于DDR2和早期的DDR架構的系統，BL=4也是常用的，DDR3為此增加了一個4-bit Burst Chop(突發突變)模式，即由一個BL=4的讀取操作加上一個BL=4的寫入操作來合成一個BL=8的數據突發傳輸，屆時可通過A12地址線來控制這一突發模式。

4、尋址時序(Timing)

就像DDR2從DDR轉變而來后延遲周期數增加一樣，DDR3的CL周期也將比DDR2有所提高。DDR2的CL范圍一般在2至5之間，而DDR3則在5至11之間，且附加延遲(AL)的設計也有所變化。DDR2時AL的范圍是0至4，而DDR3時AL有三種選項，分別是0、CL-1和CL-2。另外，DDR3還新增加了一個時序參數——寫入延遲(CWD)，這一參數將根據具體的工作頻率而定。

DDR3與DDR4

主要區別：

1、外觀改變

DDR4內存條外觀變化明顯，金手指變成彎曲狀，這意味著，DDR4內存不再兼容DDR3，老平臺電腦無法升級DDR4內存，除非將CPU和主板都更換為新平臺。

2、DDR4內存頻率與帶寬提升明顯

頻率方面，DDR3內存起始頻率為800，最高頻率達到了2133。DDR4內存起始頻率就達到了2133，量產產品最高頻率達到了3000，從內存頻率來看，DDR4相比DDR3提升很大。

帶寬方面，DDR4內存的每個針腳都可以提供2Gbps(256MB/S)的帶寬，DDR4-3200那就是51.2GB/s，比之DDR3-1866高出了超過70%。

綜合來看，DDR4內存性能最大幅度可比DDR3提升高達70%，甚至更高。

3、DDR4內存容量提升明顯，可達128GB

上一代DDR3內存，最大單挑容量為64GB，實際能買到的基本是16GB/32GB，而新一代DDR4內存，單條容量最大可以達到128GB，媲美SSD了。

4、DDR4功耗明顯降低，電壓達到1.2V、甚至更低。上一代DDR3內存，采用1.5V標準電壓，而DDR4內存則降低為1.2V，甚至可以做到更低，功耗下降了，更省電，并且可以減少內存的發熱。

簡單總結：DRAM、FLASH和DDR等都是目前主流的存儲器，在服務器三大件中占了重要的占比。在酷熱炎暑，客戶數據中心的冷卻電力成本更是達到了年度高峰，如果您的數據中已經全部FLASH化，冷卻電力成本會大幅度下降。非洲估計也很熱吧。