| NEWS | HISTORY | DOWNLOAD | TIPS&TRICKS |
Виталий Джангл, 11.02.2016 Вступление Обзоры модулей оперативной памяти, которые мы сегодня просматриваем и даже, возможно, читаем на сайтах в сети Интернет, включая хорошо известные ресурсы с большой репутацией — ixbt.com, thg.ru, 3dnews.ru, overclockers.ru и прочие русско- и англоязычные сайты с давней историей, подаются их авторами в однообразной и малоинформативной форме. Кто-то из них, как, например, 3dnews.ru, пытается совершенствоваться, обращая внимание на мелкие нюансы и технические особенности, кто-то наоборот ограничивается описанием упаковки, внешнего вида теплорассеивающих радиаторов, цветом “текстолита” печатной платы и демонстрацией нескольких смешных скриншотов известной программы ЦПУ-З, достоверность отображаемой информации которой разоблачалась ни один раз. Некоторые особенно “продвинутые” авторы по этим скриншотам делают нелепые выводы, как, например, о количестве неких там “профилей JEDEC” и даже осмеливаются с лёгкостью ссылаться на какие-то неназванные стандарты, о существовании которых они осведомлены наверняка лишь понаслышке. И в тоже время они непоколебимо убеждены, что после приставки “DDR4-” указывается именно “частота памяти”, хотя это и не так на самом деле. Простите, но читать эти увеселительные шаблонные сочинения о том, как круто и соблазнительно благодаря своим радиаторам выглядят модули памяти и, до каких частот они способны “разгоняться”, лично мне скучно. По этой причине хотелось бы заполнить существующий в статьях пробел в технической части и ознакомить читателя с кое-какими фундаментальными понятиями. Дабы не снижать интерес к материалу со стороны людей с гуманитарным образованием постараюсь излагать его в максимально простой, насколько это возможно, форме. Стеклотекстолит как основа печатных плат На сегодняшний день для производства печатных плат электронных устройств широко применяется стеклотекстолит типа FR-4. FR-4 — классификационное обозначение для армированных стеклотканью прессованных эпоксидных листов для производства печатных плат. Является диэлектрическим композиционным конструкционным материалом, изготовленным из волокнистой стекловидной ткани и огнестойкой эпоксидной смолы, в состав которой как правило добавляют бром для придания огнеупорных свойств. Однако в последнее время в целях соответствия тенденциям по охране окружающей среды стеклотекстолит FR-4 всё реже содержит галогены. Аббревиатура FR расшифровывается как Flame Retardant, т.е. обладающий сопротивлением огню. Класс горючести материала типа FR-4 соответствует стандарту UL94 — The Standard for Flammability of Plastic Materials for Parts in Devices and Appliances, — разработанного американской компанией Underwriters Laboratories, по классификации V-0 (процесс горения вертикально находящегося образца прекращается в течение 10 секунд после изъятия его из воспламенённой от источника зажигания среды; появление расплавленных капель не допускается). Данное соответствие вытравливается на поверхностном слое печатной платы модулей оперативной памяти в виде “UL94V-0”. Листы стеклотекстолита марки FR-4 отличаются желтоватым матовым оттенком. Сам материал обладает отличными механическими, электрическими и термическими показателями — удельной прочностью, относительной диэлектрической проницаемостью, тангенсом диэлектрических потерь, поверхностным электрическим сопротивлением и др. Для производства многослойных печатных плат модулей оперативной памяти используют листы стеклотекстолита FR-4, фольгированные с обеих сторон медью. Одним из известных изготовителей является китайская компания Kingboard Laminates. Собственная номенклатура обозначений материалов компании классифицирует стеклотекстолит марки FR-4 по температуре стеклования, например, KB-6160 (>130*C), KB-6164 (140*C), KB-6167F (175*C). Первая марка стеклотекстолита обладает повышенным пределом прочности на изгиб, но не обеспечивает многослойной печатной плате (далее — ПП) жесткую конструкцию. Именно температура стеклования является важным параметром при изготовлении листов стеклотекстолита. Для производства ПП модулей оперативной памяти с количеством слоёв от 6 до 10 выбирается стеклотекстолит типа FR-4 с температурой стеклования от 170*C и выше. Для склеивания всех слоев платы в процессе их ламинирования, а также для экранирования слоёв с токопроводящими цепями (core layers), используются промежуточные слои диэлектрика, называемые “препрегами” (анг. “pre-preg”, сокращённо от pre-impregnated — предварительно пропитанный). Эпоксидная смола препрегов находится в неотверждённом состоянии, пропитывая стекловолокно. В процессе ламинирования листов многослойной печатной платы эпоксидная смола препрегов плавится, приобретая текучесть, и по истечению 100-120 секунд при температуре стеклования отвердевает, обеспечивая прочные межслойные соединения и монолитность конструкции. Типовая карта Органом стандартизации модулей оперативной памяти и их компонентов является JEDEC — Joint Electron Devices Engineering Council — Объединенный Совет по разработке электронных устройств. На данный момент его организационная структура представлена более чем из 50 комитетов, в состав которых входят производители и поставщики электронной продукции. В частности, комитет JC-45 обеспечивает разработку стандартов для модулей оперативной памяти, используемых в составе ЭВМ, периферийных устройств, телекоммуникационного оборудования и других коммерческих и промышленно применимых решениях. В состав комитета JC-45 входят такие известные компании полупроводниковой промышленности, как Micron Technology, SK hynix, Samsung Semiconductor, Elpida, Nanya Technology. Именно инженеры-проектировщики этих компаний разрабатывают проекты электронных устройств - микросхем памяти, многослойных печатных плат и соединительных разъёмов, которые в последующем, после утверждения комитетом JC-45, получают статуст единых стандартов. Задачи по разработке проектов печатных плат модулей оперативной памяти раличных классов (DDR3 SDRAM, DDR4 SDRAM и т.д.) и типов (UDIMM, RDIMM, SO-DIMM, LR-DIMM, NVDIMM и т.д.) распределяются среди вышеназванных представителей комитета JC-45. Так, например, ПП для одноранговых UDIMM-модулей с шириной 64 бита и 8-разрядными микросхемами памяти класса DDR4-2133 разработали инженеры-проектировщики SK hynix, печатные платы для двухранговых UDIMM-модулей с ECC, шириной 64 бита и 8-разрядными микросхемами памяти класса DDR4-2400 проектировалась усилиями специалистов Micron Technology. Как можно понять, конструктивных вариантов печатных плат модулей оперативной памяти разработано комитетом очень много и все они систематизированы и имеют буквенно-цифровое обозначение, например, A0 — в первом вышеназванном случае, B1 — во втором. В технической терминологии типовую печатную плату называют “типовой картой” (англ. “Raw Card”, дословно — “сырая карта”, сокращенно — “RC” или “R/C”). В дальнейшем мы будем оперировать именно этим термином. Рядом с аббревиатурой типовой карты указывают её наименование и номер ревизии, например, R/C A0, R/C B1 и т.д.
Наименование типовой карты, чертежи которой были использованы для её изготовления, зачастую указывается изготовителем на верхних слоях ПП в составе общей маркировки, а также программируется в SPD для DDR3 и DDR4. Проектная документация (чертежи для систем автоматизации проектных работ в формате .pcb, схемы, расчёты) типовых карт полностью готовых к реализации находится в свободном доступе на вебсайте JEDEC. Также для каждого вида типовой карты утверждается отдельное техническое приложение (TП) — “Annex - Raw Card”, в котором в виде обобщающих таблиц, функциональных блок-схем и общих схем приведены все инженерно-технические расчеты, имеющие обязательный либо рекомендательный характер. Несомненно, открытые стандарты JEDEC способствуют экономии времени и средств на собственную разработку конструкторских решений проектными отделами компаний, специализирующихся на производстве как модулей оперативной памяти, так и печатных плат для них, а также обеспечивают готовой продукции совместимость и взаимозаменяемость. Параметры микросхем памяти Ознакомившись с материалом для изготовления ПП и с понятием типовой карты, кратко остановимся на компонентах - микросхемах оперативной памяти DDR4 SDRAM. Не будем затрагивать логическую структуру, остановимся лишь на основных физических и электрических характеристиках. Таковыми являются: разрядность, плотность (иначе - информационная ёмкость), тип корпуса. К электрическим относятся: частота входного тактового сигнала, входное напряжение ядра VDD, входное напряжение шины данных VDDQ. Для безбуферных UDIMM-модулей класса DDR4 SDRAM преимущественно используются 8-разрядные (х8) микросхемы, т.е. количество линий данных DQ (Data Queue), составляющих двунаправленную шину данных микросхемы, равно восьми. Отраслевым стандартом JEDEC JESD79-4 также предусмотрены 4- и 16-разрядные (х4 и х16, соответственно) микросхемы. Кристалл 4- и 8-разрядных микросхем упаковывается в 78-контактый корпус типа FBGA (Fine Ball Grid Array — мелкая шариковая сетка, шаг выводов - 0,80 мм) c одинаковым линейным размером, как правило, 9 мм х 11 мм. Эта конструктивная особенность позволяет монтировать х4 микросхемы на ПП, спроектированные для х8 микросхем.
Кристалл микросхем с 16-разрядной шиной данных упаковывается в корпус аналогичного типа, но с большим числом контактов — 96. Ширина и высота таких компонентов составляет, как правило, 9 мм х 13 мм. Несмотря на то, что линейные размеры микросхем стандартом JEDEC JESD79-4 не регламентированы, они приводятся в ТП для типовой карты. Если сравнивать по данному критерию микросхемы разных изготовителей, то отличие по высоте может составлять всего ±0,5-1,0 мм.
Однако принципиальное отличие х16 микросхем от х4 и х8 — наличие режима проверки целостности (Connectivity Test Mode, сокращённо — CT), предназначенного для ускоренного проведения тестирования электрической неразрывности контактных подключений между микросхемой и контроллером памяти. Подача сигнала на соответствующий вход TEN (Test Enable) переводит микросхему в режим CT целью выявления в проводниках разрывов и коротких замыканий в цепи. К сожалению, контакт TEN на модулях памяти не предусмотрен, поэтому BIOS не может проводить подобную диагностику. Тем не менее, в случае монтажа 16-разрядных микросхем на материнской плате вход TEN может быть функционально задействован. Режим CT поддерживается всеми х16 микросхемами и, согласно недавней инициативе JEDEC, выборочно х4 и х8 компонентами, у которых плотность составляет 8 Гбит и более. Плотность компонентов измеряется в мегабитах и гигабитах и отражает максимальный объём хранимых данных. На момент налаживания массового производства микросхем DDR4 SDRAM их плотность составила 4 Гбит. Сейчас на рынке уже нетрудно найти предложения от производителей модулей оперативной памяти с 8-гигабитными микросхемами, что позволяет изготавливать модули типа UDIMM ёмкостью 16 ГБ при наличии размещения компонентов по обеим сторонам ПП. Стандарт JEDEC JESD79-4 также предусматривает плотность размерностью 2 Гбит и 16 Гбит. К каждой линии данных DQ прикладывается напряжение VDDQ, по уровню равное напряжению ядра VDD и составляет номинальные 1,20 В с допустимым отклонением ±0,06В. Уровни VDDQ и VDD управляются одним общим выходом преобразователя напряжения. Наиболее важной электрической характеристикой микросхем является частота входного тактового (импульсного) сигнала, с которым синхронизируются все адресные, командные и управляющие входные сигналы. Тактовый сигнал поступает на дифференциальную пару входов CK и CK# микросхемы. Дифференциальной она называется потому что импульс CK# является инверсным по отношению к импульсу CK, т.е. имеет противоположную фазу. Напомним, что по фронту каждого импульса сигнала CK передаётся 1 бит информации. Одновременно по спаду импульсов сигнала CK# также пересылается 1 бит данных. Таким образом, за единицу времени происходит одновременная передача двух битов информации. Этот принцип положен в основу технологии двукратной передачи данных — Double Data Rate. Пульсация тактового сигнала может осуществляться на следующих стандартных для компонентов DDR4 SDRAM частотах: 800 МГц, 933 МГц, 1066 МГц, 1200 МГц, 1333 МГц, 1466 МГц и 1600 МГц. Соответственно, пропускная способность одной линии данных DQ микросхемы составляет 1600 Мбит/с, 1866 Мбит/c, 2133 Мбит/с, 2400 Мбит/с, 2666 Мбит/с, 2933 Мбит/c и 3200 Мбит/c. Именно по данному показателю классифицируются микросхемы оперативной памяти, например, DDR4-1866, DDR4-2133 и т.д. Нетрудно догадаться, что пропускная способность модуля памяти типа UDIMM, RDIMM, SO-DIMM и т.д. с шириной 64 бита рассчитывается умножением пропускной способности одной линии DQ на 64. Например, пропускная способность UDIMM-модуля с компонентами DDR4-2133 равна 17064 МБ/c. Данный показатель используется при классификации модулей оперативной памяти, например, PC4-12800, PC-17064 и т.д. Правило классифицирования микросхем и модулей памяти по критерию пропускной способности важно понимать и не забывать. |
|
|||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||
Project by Vitaliy Jungle |
Company Location |