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DDR SDRAM ~メモリの役割と規格について~

みなさん、はじめまして。東京事業所パッケージ設計課の安藤です。
電気特性解析を担当しています。

(当社の高速伝送基板設計サービスはこちら)

今回は、DDR SDRAM(Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory)について紹介します。

DDR SDRAMがどんな物に使われているかというと、パソコンをイメージしていただくのが最も分かりやすいと思います。パソコンの気になるスペックの一つとしてメモリが挙げられますが、そのメモリに使われているのがDDR SDRAMです。

 

〇 役割について

DDR SDRAMは主記憶装置として使用します。この役割について、関連する補助記憶装置とCPU(Central Processing Unit)の各役割とともに簡単に表1に記します。
ちなみに、補助記憶装置は具体例としてHDD(Hard Disk Drive)やSSD(Solid State Drive)が挙げられます。

パソコンが動作するためのプログラムなどのデータは補助記憶装置に保存されているため、CPUは補助記憶装置からデータを読み込む必要があります。しかし、CPUの処理速度と補助記憶装置の転送速度の差が大きいため、CPUが補助記憶装置からのデータ転送を待つことになり、CPUの速度を生かせなくなってしまいます。

このため、補助記憶装置よりも転送速度が速い主記憶装置にあらかじめ必要なデータを読み込んでおき、CPUと主記憶装置の間でデータ転送をすることで、CPUの速度を生かせるようにシステムは構成されています。

 

表1. 主記憶装置と補助記憶装置とCPUについて

 

〇 DDRとSDR規格の違いについて

DDRはクロック信号の立ち上がり及び立ち下がりのタイミングでデータを転送する規格です。クロック信号の立ち上がりのときのみデータを転送するSDR(Single Data Rate)と比較すると、図1のようにDDRはSDRの倍速でデータを転送することができます。

 

図1. DDRとSDRのデータ転送概念図

 

DDR規格はさらなるデータ転送の高速化や消費電力の低減化のため、図2のように世代を経るごとに高速化・低電圧化してきました。最初の世代は最大動作速度が400 Mbps,電源電圧が2.5 Vであるのに対して、DDR4は速度が8倍、電源電圧は約半分になっています。

 

図2. DDR各世代の最大動作速度と電源電圧

 

高性能化の反面、設計という観点では難しくなりました。例えばCPU- DDR SDRAM間の伝送線路を通過する信号はさまざまな原因で変形してしまうのですが、高周波数化・低電圧化により信号波形のノイズやタイミングのマージンが減少し、波形品質をJEDEC(Joint Electron Device Engineering Council)が定める規格内に収めることが難しくなったからです。従って、波形品質の確認及び改善のためにSI(Signal Integrity)検証が必要となります。

 

当社では、DDR SDRAMを搭載したプリント基板設計、電気特性解析の経験(ノウハウ)を豊富に蓄積しております。
お困りごとがありましたら、お気軽にお問い合わせください。

 

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