浅谈DDR6 RAM设计挑战

以下文章来源于Cadence楷登PCB及封装资源中心，作者Cadence

本文要点

DDR6 RAM 是 目前DDR 迭代中的最新版本，最大的数据速率峰值超过 12000 MT/s。

在 DDR6 存储器接口中使用的导体和介电材料会影响高数据速率下的信号完整性。

DDR6 设计要求包括洁净的电压供应、最佳的工作温度、合适的走线长度匹配、良好的端接、适当的设置和保持时间，以便在高速信号传输过程中实现较好的信号完整性和电源完整性。

双倍数据速率 (Double data rate ， DDR) 是随机存取存储器 (RAM) 中目前最快的技术。DDR RAM 技术经历了多次迭代，每次迭代都比上一个版本具有更高的数据速率和带宽。DDR6 RAM 是目前 DDR 迭代中的最新版本，其数据速率峰值达到最大（超过 12000 MT/s）。

但是与此同时，DDR 的高速数据流和总线设计为 DDR PCB 的设计过程带来了挑战。这些挑战类似于超高速 PCB 设计的复杂性。本文将介绍 DDR6 RAM 并讨论一些常见的 DDR6 RAM 设计挑战。

DDR6 RAM

DDR6 是新一代的 RAM。它提供了一种高速内存设计，适合需要高内存带宽的应用场景。与之前的版本相比，DDR6 RAM 的设计旨在实现更高的可靠性、更低的延迟和更高的寿命。其中一种专业的内存技术，即 GDDR6，可以提供很大的带宽。GDDR6 的带宽特性使其成为图形应用的最佳选择。

双倍数据速率 (DDR) 是 目前 RAM 中最快的技术。

随着市场对通用存储器设备和企业存储应用的需求日益增加，DDR6 和 GDDR6 成为理想的选择。由于 DDR6 RAM 具有高带宽、低延迟和低功耗的特点，市场需求会继续扩大。物联网 (IoT)、大数据和人工智能 (AI) 等技术将继续使用 DDR 技术。

由于需求的爆炸式增长，DDR 电路板从设计到上市的时间很短。然而，如此仓促的过程可能会带来一些问题。使用 DDR6 的设计常常会因为数据、地址、时钟或控制线的复杂性而出现故障。下面让我们深入探讨 DDR 设计中的挑战，特别是 DDR6 设计中的挑战。

常见的 DDR 设计挑战

使用 DDR 存储器的印刷电路板设计在创建之初就面临着挑战。DDR 通过一个时钟信号的上升沿和下降沿处理两个数据位的转换。DDR 存储器设计的挑战包括芯片级别和电路板级别。由于复杂的时序问题和高速信号，DDR 存储控制器的设计人员在 IC 设计中面临着诸多问题。

DDR 存储器设备使用多电平调制，如 PAM 或 QAM，目的是提高完全模拟通道以上的数据速率。对于 DDR6 及更高版本，PAM 或 QAM 调制通常与均衡方案结合使用。要采用多电平调制和均衡方案，需要精心设计 DDR。由于在存储器结构中需要使用不同的线路，如数据、时钟、地址和控制以及混合信号等方面的原因，所以设计人员需要打磨自己解决问题的技能，以确保获得更好的布局设计。

DDR 存储器接口需要满足电源完整性以及芯片裸片、封装、存储器元件和电路板走线的信号完整性要求。关于走线，与数千兆位传输相连接的 DDR 存储器配置需要特定的走线模式。只有理顺走线、端接方案、串扰干扰、阻抗不连续和时序余量等方面的挑战，DDR 存储器的高速性能才会得以体现。

DDR6 RAM 设计挑战

在大多数应用场景中，DDR6 RAM 依赖于倒装芯片球栅阵列封装，以获得更高的引脚密度以及更低的功耗。通常情况下，DDR6 存储器接口中的控制器和接收器都铺设在一块 PCB 上。在 DDR6 存储器架构中存在着芯片级和板级的设计问题。

DDR6 存储器总线设计中的信号完整性问题

在 DDR6 存储器接口设计中使用的导体和介电材料影响着高数据速率下的信号完整性。由于介电材料吸收了来自信号线的磁能，接收端的信号强度可能会减弱。通道的长度限制了 DDR6 设计中的信号完整性。

为了提高电源完整性和信号完整性，需要使用短通道或低损耗的介电材料。集肤效应的现象加剧了数千兆位信号传输的信号插入损耗。在 DDR 存储器接口设计中，封装和电路板中彼此相邻的信号之间的能量耦合会造成串扰干扰。

在 DDR6 存储器架构中，从发送端到接收端的信号路径上的阻抗不连续引起了信号反射损耗，并降低了接收信号的质量。阻抗不连续是由电镀过孔、微型过孔、信号线、BGA 球或 PCB 引起的。

关注某些设计考虑因素，以便在 DDR6 存储器架构中获得更好的电源完整性和信号完整性是十分必要的。DDR6 设计要求包括洁净的电压供应、最佳的工作温度、合适的走线长度匹配、良好的终端、适当的设置和保持时间，以便在高速信号传输过程中实现较好的信号完整性和电源完整性。

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