ddr nand dram区别 SRAM与DRAM真正区别，你真的明白吗

发布时间 : 2024-10-09

作者 : 小编

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SRAM与DRAM真正区别，你真的明白吗

随着微电子技术的迅猛发展，SRAM 逐渐呈现出高集成度、快速及低功耗的发展趋势。在半导体存储器的发展中，静态存储器(SRAM)由于其广泛的应用成为其中不可或缺的重要一员。近年来SRAM在改善系统性能、提高芯片可靠性、降低成本等方面都起到了积极的作用。

下面EEworld就带你详细了解一下到底什么是SRAM。

在了解SRAM之前，有必要先说明一下RAM。

RAM主要的作用就是存储代码和数据供CPU在需要的时候调用。但是这些数据并不是像用袋子盛米那么简单，更像是图书馆中用书架摆放书籍一样，不但要放进去还要能够在需要的时候准确的调用出来，虽然都是书但是每本书是不同的。对于RAM等存储器来说也是一样的，虽然存储的都是代表0和1的代码，但是不同的组合就是不同的数据。

让我们重新回到书和书架上来，如果有一个书架上有10行和10列格子（每行和每列都有0-9的编号），有100本书要存放在里面，那么我们使用一个行的编号＋一个列的编号就能确定某一本书的位置。在RAM存储器中也是利用了相似的原理。

现在让我们回到RAM存储器上，对于RAM存储器而言数据总线是用来传入数据或者传出数据的。因为存储器中的存储空间是如果前面提到的存放图书的书架一样通过一定的规则定义的，所以我们可以通过这个规则来把数据存放到存储器上相应的位置，而进行这种定位的工作就要依靠地址总线来实现了。

对于CPU来说，RAM就像是一条长长的有很多空格的细线，每个空格都有一个唯一的地址与之相对应。如果CPU想要从RAM中调用数据，它首先需要给地址总线发送“编号”，请求搜索图书（数据），然后等待若干个时钟周期之后，数据总线就会把数据传输给CPU。看图更直观一些：

小圆点代表RAM中的存储空间，每一个都有一个唯一的地址线同它相连。当地址解码器接收到地址总线的指令：“我要这本书”（地址数据）之后，它会根据这个数据定位CPU想要调用的数据所在位置，然后数据总线就会把其中的数据传送到CPU。

下面该介绍一下今天的主角SRAM：

SRAM——“Static RAM（静态随机存储器）”的简称，所谓“静态”，是指这种存储器只要保持通电，里面储存的数据就可以恒常保持。这里与我们常见的DRAM动态随机存储器不同，具体来看看有哪些区别：

SRAM VS DRAM

SRAM不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据。而DRAM（Dynamic Random Access Memory）每隔一段时间，要刷新充电一次，否则内部的数据即会消失。因此SRAM具有较高的性能，功耗较小。

此外，SRAM主要用于二级高速缓存（Level2 Cache）。它利用晶体管来存储数据。与DRAM相比，SRAM的速度快，但在相同面积中SRAM的容量要比其他类型的内存小。

但是SRAM也有它的缺点，集成度较低，相同容量的DRAM内存可以设计为较小的体积，但是SRAM却需要很大的体积。同样面积的硅片可以做出更大容量的DRAM，因此SRAM显得更贵。

还有，SRAM的速度快但昂贵，一般用小容量SRAM作为更高速CPU和较低速DRAM 之间的缓存。

总结一下：

SRAM成本比较高

DRAM成本较低（1个场效应管加一个电容）

SRAM存取速度比较快

DRAM存取速度较慢（电容充放电时间）

SRAM一般用在高速缓存中

DRAM一般用在内存条里

SRAM如何运作

刚才总结到了SRAM有着很特别的优点，你该好奇这家伙是怎样的运作过程？

一个SRAM单元通常由4-6只晶体管组成，当这个SRAM单元被赋予0或者1的状态之后，它会保持这个状态直到下次被赋予新的状态或者断电之后才会更改或者消失。SRAM的速度相对比较快，且比较省电，但是存储1bit的信息需要4-6只晶体管制造成本可想而知，但DRAM只要1只晶体管就可以实现。

连接一下SRAM的结构，比较出名的是6场效应管组成一个存储bit单元的结构：

M1-6表示6个晶体管，SRAM中的每一个bit存储由4个场效应管M1234构成两个交叉耦合的反相器中。一个SRAM基本单元有0、1 两个状态。

SRAM基本单元由两个CMOS反相器组成，两个反相器的输入输出交叉连接，即第一个反相器的输出连接第二个反相器的输入，第二个反相器的输出连接第一个反相器的输入。这实现了两个反相器输出状态的锁定、保存，即存储了一个位元的状态。

一般而言，每个基本单元的晶体管数量越少，其占用面积就会越小。由于硅晶圆生产成本相对固定，所以SRAM基本单元面积越小，在芯片上就可制造更多的位元存储，每个位元存储的成本就越低。

SRAM工作原理相对比较简单，我们先看写0和写1操作。

写0操作

写0的时候，首先将BL输入0电平，（～BL）输入1电平。

然后，相应的Word Line（WL）选通，则M5和M6将会被打开。

0电平输入到M1和M2的G极控制端

1电平输入到M3和M4的G极控制端

因为M2是P型管，高电平截止，低电平导通。而M1则相反，高电平导通，低电平截止。

所以在0电平的作用下，M1将截止，M2将打开。（～Q)点将会稳定在高电平。

同样，M3和M4的控制端将会输入高电平，因NP管不同，M3将会导通，而M4将会截止。Q点将会稳定在低电平0。

最后，关闭M5和M6，内部M1,M2,M3和M4处在稳定状态，一个bit为0的数据就被锁存住了。

此时，在外部VDD不断电的情况下，这个内容将会一直保持。

下面通过动画来观察一下写0的过程。

写1操作

这里不再重复，大家可以自己推演一下过程。这里仍然提供写1过程动画。

读操作

读操作相对比较简单，只需要预充BL和（~BL）到某一高电平，然后打开M5和M6，再通过差分放大器就能够读出其中锁存的内容。

SRAM行业发展趋势

随着处理器日趋强大，尺寸越发精巧。然而更加强大的处理器需要缓存进行相应的改进。与此同时每一个新的工艺节点让增加嵌入式缓存变得艰巨起来。SRAM的6晶体管架构(逻辑区通常包含4个晶体管/单元)意味着每平方厘米上的晶体管的数量将会非常多。这种极高的晶体管密度会造成很多问题，其中包括：

SER：软错误率;Processnode：工艺节点soft：软错误

更易出现软错误：工艺节点从130nm缩小到22nm后，软错误率预计将增加7倍。

更低的成品率：由于位单元随着晶体管密度的增加而缩小，SRAM区域更容易因工艺变化出现缺陷。这些缺陷将降低处理器芯片的总成品率。

更高的功耗：如果SRAM的位单元必需与逻辑位单元的大小相同，那么SRAM的晶体管就必须小于逻辑晶体管。较小的晶体管会导致泄露电流升高，从而增加待机功耗。

另一个技术发展趋势可穿戴电子产品的出现。对于智能手表、健身手环等可穿戴设备而言，尺寸和功耗是关键因素。由于电路板的空间有限，MCU必须做得很小，而且必须能够使用便携式电池提供的微小电量运行。

片上缓存难以满足上述要求。未来的可穿戴设备将会拥有更多功能。因此片上缓存将无法满足要求，对外置缓存的需求将会升高。在所有存储器选项中，SRAM最适合被用作外置缓存，因为它们的待机电流小于DRAM，存取速度高于DRAM和闪存。

AI 、5G渴望新内存材料的支持

对于所有类型的系统设计者来说，新兴存储技术都变得极为关键。AI和物联网IoT芯片开始将它们用作嵌入式存储器。大型系统已经在改变其架构，以采用新兴的存储器来替代当今的标准存储器技术。这种过渡将挑战行业，但将带来巨大的竞争优势。

今天，业界仍在寻找通用存储器，随着SoC工艺进步设计复杂度增加，嵌入式 SRAM也越来越多。在40nm SoC产品SRAM一般在20Mbits左右，当工艺发展到28nm时SRAM就增加到100Mbits。如果考虑AI产品，SRAM估计更多。如何更好的测试SRAM就成为量产测试的重中之重。这也是推理芯片的最佳方案，也是芯片设计者在设计中应该努力追求的目标。

为了应对这一市场变化，新兴存储器PB的发货量将比其它传统存储技术增长得更快，促使其营收增长到360亿美元。之所以会发生这种情况，很大程度上是因为这些新兴的存储器将占领当今主流技术（NOR闪存，SRAM和DRAM）的既有市场份额。新存储器将取代分立存储芯片和SoC中的嵌入式存储器：包括ASIC，微控制器，甚至是计算处理器中的缓存。

到2030年，3D XPoint存储器收入将飙升至超过250亿美元，这主要是因为该技术的售价低于它所取代的DRAM。这也解释了为什么离散MRAM / STT-MRAM芯片收入将增长到超过100亿美元，或者说是2019年MRAM收入的近300倍。此外，预计电阻RAM（ReRAM）和MRAM将竞争取代SoC中的大量嵌入式NOR和SRAM，从而推动更大规模的收入增长。

目前，尚不清楚哪种存储技术将成为这场战斗的赢家。相变存储器（PCM），ReRAM，铁电RAM（FRAM），MRAM和许多尚未成熟的技术，每种都有各自的竞争优势和劣势。目前处于竞争行列的有将近100家公司，这些公司包括芯片制造商、技术许可方、晶圆代工厂和工具和设备制造商，几乎覆盖了半导体供应链的每个环节。它们每家都有应对这一市场竞争和变化的方案以及规划。

如若某一天，某种通用存储器或杀手级存储器将能够同时替代SRAM，DRAM和闪存。在可预见的未来，虽然下一代存储技术仍然不能完全取代传统存储器，但它们可以结合存储器的传统优势来满足对利基市场的需求。

一文对比DRAM、FLASH和DDR

定义

DRAM

DRAM(Dynamic Random Access Memory)，即动态随机存取存储器，最为常见的系统内存。DRAM 只能将数据保持很短的时间。为了保持数据，DRAM使用电容存储，所以必须隔一段时间刷新(refresh)一次，如果存储单元没有被刷新，存储的信息就会丢失。 (关机就会丢失数据)。

Flash内存

Flash内存即Flash Memory，全名叫Flash EEPROM Memory，又名闪存，是一种长寿命的非易失性(在断电情况下仍能保持所存储的数据信息)的存储器，数据删除不是以单个的字节为单位而是以固定的区块为单位，区块大小一般为256KB到20MB。闪存是电子可擦除只读存储器(EEPROM)的变种，EEPROM与闪存不同的是，它能在字节水平上进行删除和重写而不是按区块擦写，这样闪存就比EEPROM的更新速度快，所以被称为Flash erase EEPROM，或简称为Flash Memory。由于其断电时仍能保存数据，闪存通常被用来保存设置信息，如在电脑的BIOS(基本输入输出程序)、PDA(个人数字助理)、数码相机中保存资料等。另一方面，闪存不像RAM(随机存取存储器)一样以字节为单位改写数据，因此不能取代RAM。

NOR Flash和NAND Flash

NOR Flash和NAND Flash是现在市场上两种主要的非易失闪存技术。

Intel于1988年首先开发出NOR Flash 技术，彻底改变了原先由EPROM(Erasable Programmable Read-Only-Memory电可编程序只读存储器)和EEPROM(电可擦只读存储器Electrically Erasable Programmable Read - Only Memory)一统天下的局面。

紧接着1989年，东芝公司发表了NAND Flash 结构，强调降低每比特的成本，有更高的性能，并且像磁盘一样可以通过接口轻松升级。

NOR Flash 的特点是芯片内执行（XIP ，eXecute In Place），这样应用程序可以直接在Flash闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。NOR 的传输效率很高，在1~4MB的小容量时具有很高的成本效益，但是很低的写入和擦除速度大大影响到它的性能。NAND的结构能提供极高的单元密度，可以达到高存储密度，并且写入和擦除的速度也很快。应用NAND的困难在于Flash的管理和需要特殊的系统接口。通常读取NOR的速度比NAND稍快一些，而NAND的写入速度比NOR快很多，在设计中应该考虑这些情况。

DDR

DDR=Double Data Rate双倍速率同步动态随机存储器。严格的说DDR应该叫DDR SDRAM，人们习惯称为DDR，其中，SDRAM 是Synchronous Dynamic Random Access Memory的缩写，即同步动态随机存取存储器。而DDR SDRAM是Double Data Rate SDRAM的缩写，是双倍速率同步动态随机存储器的意思。DDR内存是在SDRAM内存基础上发展而来的，仍然沿用SDRAM生产体系，因此对于内存厂商而言，只需对制造普通SDRAM的设备稍加改进，即可实现DDR内存的生产，可有效的降低成本。

DDR2

DDR2（Double Data Rate 2） SDRAM是由JEDEC（电子设备工程联合委员会）进行开发的新生代内存技术标准，它与上一代DDR内存技术标准最大的不同就是，虽然同是采用了在时钟的上升/下降延同时进行数据传输的基本方式，但DDR2内存却拥有两倍于上一代DDR内存预读取能力（即：4bit数据读预取）。换句话说，DDR2内存每个时钟能够以4倍外部总线的速度读/写数据，并且能够以内部控制总线4倍的速度运行。

此外，由于DDR2标准规定所有DDR2内存均采用FBGA封装形式，而不同于目前广泛应用的TSOP/TSOP-II封装形式，FBGA封装可以提供了更为良好的电气性能与散热性，为DDR2内存的稳定工作与未来频率的发展提供了坚实的基础。回想起DDR的发展历程，从第一代应用到个人电脑的DDR200经过DDR266、DDR333到今天的双通道DDR400技术，第一代DDR的发展也走到了技术的极限，已经很难通过常规办法提高内存的工作速度；随着Intel最新处理器技术的发展，前端总线对内存带宽的要求是越来越高，拥有更高更稳定运行频率的DDR2内存将是大势所趋。

DDR3

DDR3是一种计算机内存规格。它属于SDRAM家族的内存产品，提供了相较于DDR2 SDRAM更高的运行效能与更低的电压，是DDR2 SDRAM(四倍资料率同步动态随机存取内存)的后继者(增加至八倍)，也是现时流行的内存产品规格。

主要特点：

(1)功耗和发热量较小：吸取了DDR2的教训，在控制成本的基础上减小了能耗和发热量，使得DDR3更易于被用户和厂家接受。

(2)工作频率更高：由于能耗降低，DDR3可实现更高的工作频率，在一定程度弥补了延迟时间较长的缺点，同时还可作为显卡的卖点之一，这在搭配DDR3显存的显卡上已有所表现。

(3)降低显卡整体成本：DDR2显存颗粒规格多为16M X 32bit，搭配中高端显卡常用的128MB显存便需8颗。而DDR3显存颗粒规格多为32M X 32bit，单颗颗粒容量较大，4颗即可构成128MB显存。如此一来，显卡PCB面积可减小，成本得以有效控制，此外，颗粒数减少后，显存功耗也能进一步降低。

(4)通用性好：相对于DDR变更到DDR2，DDR3对DDR2的兼容性更好。由于针脚、封装等关键特性不变，搭配DDR2的显示核心和公版设计的显卡稍加修改便能采用DDR3显存，这对厂商降低成本大有好处。

目前，DDR3显存在新出的大多数中高端显卡上得到了广泛的应用。现在许多低端的显卡也有采用DDR3显存的

DDR4

DDR，英文全称为：Dual Data Rate，是一种双倍速率同步动态随机存储器。严格的说，DDR应该叫DDR SDRAM，人们习惯称为DDR，其中，SDRAM 是Synchronous Dynamic Random Access Memory的缩写，即同步动态随机存取存储器，而DDR SDRAM是Double Data Rate SDRAM的缩写，是双倍速率同步动态随机存储器的意思。

简单来说，DDR4就是第二代内存的意思，目前不少智能手机与电脑都用上了新一代DDR4内存，它属于我们熟知的DDR3内存的下一代版本，带来了更低的功耗与更出色的性能。

区别

NAND flash和NOR flash

一、NAND flash和NOR flash的性能比较

flash闪存是非易失存储器，可以对称为块的存储器单元块进行擦写和再编程。任何flash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行，所以大多数情况下，在进行写入操作之前必须先执行擦除。

NAND器件执行擦除操作是十分简单的，而NOR则要求在进行擦除前先要将目标块内所有的位都写为0。由于擦除NOR器件时是以64～128KB的块进行的，执行一个写入/擦除操作的时间为5s，与此相反，擦除NAND器件是以8～32KB的块进行的，执行相同的操作最多只需要4ms。执行擦除时块尺寸的不同进一步拉大了NOR和NADN之间的性能差距，统计表明，对于给定的一套写入操作(尤其是更新小文件时)，更多的擦除操作必须在基于NOR的单元中进行。

这样，当选择存储解决方案时，设计师必须权衡以下的各项因素。

1、NOR的读速度比NAND稍快一些。

2、NAND的写入速度比NOR快很多。

3、NAND的4ms擦除速度远比NOR的5s快。

4、大多数写入操作需要先进行擦除操作。

5、NAND的擦除单元更小，相应的擦除电路更少。

二、NAND flash和NOR flash的接口差别

NOR flash带有SRAM接口，有足够的地址引脚来寻址，可以很容易地存取其内部的每一个字节。

NAND器件使用复杂的I/O口来串行地存取数据，各个产品或厂商的方法可能各不相同。8个引脚用来传送控制、地址和数据信息。NAND读和写操作采用512字节的块，这一点有点像硬盘管理此类操作，很自然地，基于NAND的存储器就可以取代硬盘或其他块设备。

三、NAND flash和NOR flash的容量和成本

NAND flash的单元尺寸几乎是NOR器件的一半，由于生产过程更为简单，NAND结构可以在给定的模具尺寸内提供更高的容量，也就相应地降低了价格。

NOR flash占据了容量为1～16MB闪存市场的大部分，而NAND flash只是用在8～128MB的产品当中，这也说明NOR主要应用在代码存储介质中，NAND适合于数据存储，NAND在CompactFlash、Secure Digital、PC Cards和MMC存储卡市场上所占份额最大。

四、NAND flash和NOR flash的可靠性和耐用性

采用flahs介质时一个需要重点考虑的问题是可靠性。对于需要扩展MTBF的系统来说，Flash是非常合适的存储方案。可以从寿命(耐用性)、位交换和坏块处理三个方面来比较NOR和NAND的可靠性。

五、NAND flash和NOR flash的寿命(耐用性)

在NAND闪存中每个块的最大擦写次数是一百万次，而NOR的擦写次数是十万次。NAND存储器除了具有10比1的块擦除周期优势，典型的NAND块尺寸要比NOR器件小8倍，每个NAND存储器块在给定的时间内的删除次数要少一些。

六、位交换

所有flash器件都受位交换现象的困扰。在某些情况下(很少见，NAND发生的次数要比NOR多)，一个比特位会发生反转或被报告反转了。一位的变化可能不很明显，但是如果发生在一个关键文件上，这个小小的故障可能导致系统停机。如果只是报告有问题，多读几次就可能解决了。当然，如果这个位真的改变了，就必须采用错误探测/错误更正(EDC/ECC)算法。位反转的问题更多见于NAND闪存，NAND的供应商建议使用NAND闪存的时候，同时使用

七、EDC/ECC算法

这个问题对于用NAND存储多媒体信息时倒不是致命的。当然，如果用本地存储设备来存储操作系统、配置文件或其他敏感信息时，必须使用EDC/ECC系统以确保可靠性。

八、坏块处理

NAND器件中的坏块是随机分布的。以前也曾有过消除坏块的努力，但发现成品率太低，代价太高，根本不划算。

NAND器件需要对介质进行初始化扫描以发现坏块，并将坏块标记为不可用。在已制成的器件中，如果通过可靠的方法不能进行这项处理，将导致高故障率。

九、易于使用

可以非常直接地使用基于NOR的闪存，可以像其他存储器那样连接，并可以在上面直接运行代码。

由于需要I/O接口，NAND要复杂得多。各种NAND器件的存取方法因厂家而异。在使用NAND器件时，必须先写入驱动程序，才能继续执行其他操作。向NAND器件写入信息需要相当的技巧，因为设计师绝不能向坏块写入，这就意味着在NAND器件上自始至终都必须进行虚拟映射。

十、软件支持

当讨论软件支持的时候，应该区别基本的读/写/擦操作和高一级的用于磁盘仿真和闪存管理算法的软件，包括性能优化。

在NOR器件上运行代码不需要任何的软件支持，在NAND器件上进行同样操作时，通常需要驱动程序，也就是内存技术驱动程序(MTD)，NAND和NOR器件在进行写入和擦除操作时都需要MTD。

使用NOR器件时所需要的MTD要相对少一些，许多厂商都提供用于NOR器件的更高级软件，这其中包括M-System的TrueFFS驱动，该驱动被Wind River System、Microsoft、QNX Software System、Symbian和Intel等厂商所采用。

驱动还用于对DiskOnChip产品进行仿真和NAND闪存的管理，包括纠错、坏块处理和损耗平衡。

DDR与DDR2

DDR与DDR2区别一览表

DDR2与DDR3

特性区别：

1、逻辑Bank数量

DDR2 SDRAM中有4Bank和8Bank的设计，目的就是为了应对未来大容量芯片的需求。而DDR3很可能将从2Gb容量起步，因此起始的逻辑Bank就是8个，另外还为未来的16个逻辑Bank做好了准备。

2、封装(Packages)

由于DDR3新增了一些功能，在引脚方面会有所增加，8bit芯片采用78球FBGA封装，16bit芯片采用96球FBGA封装，而DDR2则有60/68/84球FBGA封装三种规格。并且DDR3必须是绿色封装，不能含有任何有害物质。

3、突发长度(BL，Burst Length)

由于DDR3的预取为8bit，所以突发传输周期(BL，Burst Length)也固定为8，而对于DDR2和早期的DDR架构的系统，BL=4也是常用的，DDR3为此增加了一个4-bit Burst Chop(突发突变)模式，即由一个BL=4的读取操作加上一个BL=4的写入操作来合成一个BL=8的数据突发传输，届时可通过A12地址线来控制这一突发模式。

4、寻址时序(Timing)

就像DDR2从DDR转变而来后延迟周期数增加一样，DDR3的CL周期也将比DDR2有所提高。DDR2的CL范围一般在2至5之间，而DDR3则在5至11之间，且附加延迟(AL)的设计也有所变化。DDR2时AL的范围是0至4，而DDR3时AL有三种选项，分别是0、CL-1和CL-2。另外，DDR3还新增加了一个时序参数——写入延迟(CWD)，这一参数将根据具体的工作频率而定。

DDR3与DDR4

主要区别：

1、外观改变

DDR4内存条外观变化明显，金手指变成弯曲状，这意味着，DDR4内存不再兼容DDR3，老平台电脑无法升级DDR4内存，除非将CPU和主板都更换为新平台。

2、DDR4内存频率与带宽提升明显

频率方面，DDR3内存起始频率为800，最高频率达到了2133。DDR4内存起始频率就达到了2133，量产产品最高频率达到了3000，从内存频率来看，DDR4相比DDR3提升很大。

带宽方面，DDR4内存的每个针脚都可以提供2Gbps(256MB/S)的带宽，DDR4-3200那就是51.2GB/s，比之DDR3-1866高出了超过70%。

综合来看，DDR4内存性能最大幅度可比DDR3提升高达70%，甚至更高。

3、DDR4内存容量提升明显，可达128GB

上一代DDR3内存，最大单挑容量为64GB，实际能买到的基本是16GB/32GB，而新一代DDR4内存，单条容量最大可以达到128GB，媲美SSD了。

4、DDR4功耗明显降低，电压达到1.2V、甚至更低。上一代DDR3内存，采用1.5V标准电压，而DDR4内存则降低为1.2V，甚至可以做到更低，功耗下降了，更省电，并且可以减少内存的发热。

简单总结：DRAM、FLASH和DDR等都是目前主流的存储器，在服务器三大件中占了重要的占比。在酷热炎暑，客户数据中心的冷却电力成本更是达到了年度高峰，如果您的数据中已经全部FLASH化，冷却电力成本会大幅度下降。非洲估计也很热吧。

文章及配图来源：ittbank

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