DDR存儲器發展的主要方向一言以蔽之，是更高速率，更低電壓，更密的存儲密度，從而實現更好的性能。

DDR4 SDRAM（Double Data Rate Fourth SDRAM）：DDR4提供比DDR3/ DDR2更低的供電電壓1.2V以及更高的帶寬，DDR4的傳輸速率目前可達2133～3200MT/s。DDR4 新增了4 個Bank Group 數據組的設計，各個Bank Group具備獨立啟動操作讀、寫等動作特性，Bank Group 數據組可套用多任務的觀念來想象，亦可解釋為DDR4 在同一頻率工作周期內，至多可以處理4 筆數據，效率明顯好過于DDR3。 另外DDR4增加了DBI（Data Bus Inversion）、CRC（Cyclic Redundancy Check）、CA parity等功能，讓DDR4內存在更快速與更省電的同時亦能夠增強信號的完整性、改善數據傳輸及儲存的可靠性。

以下兩張圖可以清晰對比DDR3以及DDR4的參數差異：

POD 和SSTL的比較

POD作為DDR4新的驅動標準，最大的區別在于接收端的終端電壓等于VDDQ，而DDR3所采用的SSTL接收端的終端電壓為VDDQ/2。這樣做可以降低寄生引腳電容和I/O終端功耗，并且即使在VDD電壓降低的情況下也能穩定工作。其等效電路如圖1(DDR4), 圖2(DDR3)。

圖1 POD ((Pseudo Open Drain)

圖2 SSTL(Stub Series Terminated Logic)

這樣修改的優點是：

可以看出，當DRAM在低電平的狀態時，SSTL和POD都有電流流動

圖3 DDR4

圖4 DDR3

而當DRAM為高電平的狀態時，SSTL繼續有電流流動，而POD由于兩端電壓相等，所以沒有電流流動。這也是DDR4更省電的原因

圖5 DDR4

圖6 DDR3

BG設計原因

到了DDR4的時代，JESD組織認為，數據預取的增加變得更為困難，所以推出了Bank Group的設計。

Bank Group架構是什么樣的，有何優勢呢？

具體來說就是每個Bank Group可以獨立讀寫數據，這樣一來內部的數據吞吐量大幅度提升，可以同時讀取大量的數據，內存的等效頻率在這種設置下也得到巨大的提升。DDR4架構上采用了8n預取的Bank Group分組，包括使用兩個或者四個可選擇的Bank Group分組，這將使得DDR4內存的每個Bank Group分組都有獨立的激活、讀取、寫入和刷新操作，從而改進內存的整體效率和帶寬。如此一來如果內存內部設計了兩個獨立的Bank Group，相當于每次操作16bit的數據，變相地將內存預取值提高到了16n；如果是四個獨立的Bank Group，則變相的預取值提高到了32n。

DDR3 Multi-drop bus

DDR4 Point to Point

在DDR3內存上，內存和內存控制器之間的連接采用是通過多點分支總線來實現。這種總線允許在一個接口上掛接許多同樣規格的芯片。我們都知道目前主板上往往為雙通道設計四根內存插槽，但每個通道在物理結構上只允許擴展更大容量。這種設計的特點就是當數據傳輸量一旦超過通道的承載能力，無論你怎么增加內存容量，性能都不見的提升多少。這種設計就好比在一條主管道可以有多個注水管，但受制于主管道的大小，即便你可以增加注水管來提升容量，但總的送水率并沒有提升。

因此在這種情況下可能2GB增加到4GB你會感覺性能提升明顯，但是再繼續盲目增加容量并沒有什么意義了，所以多點分支總線的好處是擴展內存更容易，但卻浪費了內存的位寬。(通過這個理解帶寬)

數據總線倒置 (DBI)

如上面描述，根據POD的特性，當數據為高電平時，沒有電流流動，所以降低DDR4功耗的一個方法就是讓高電平盡可能多，這就是DBI技術的核心。

舉例來說，如果在一組8-bit的信號中，有至少5-bit是低電平的話，那么對所有的信號進行反轉，就有至少5-bit信號是高電平了。DBI信號變為低表示所有信號已經翻轉過(DBI信號為高表示原數據沒有翻轉)。這種情況下，一組9根信號（8個DQ信號和1個DBI信號）中，至少有五個狀態為高，從而有效降低功耗。

圖7 DBI Example

參考電壓Vref

眾所周知，DDR信號一般通過比較輸入信號和另外一個參考信號（Vref）來決定信號為高或者低，然而在DDR4中，一個Vref卻不見了，先來看看下面兩種設計，可以看出來，在DDR4的設計中，VREFCA和DDR3相同，使用外置的分壓電阻或者電源控制芯片來產生，然而VREFDQ在設計中卻沒有了，改為由芯片內部產生，這樣既節省了設計費用，也增加了Routing空間。

圖9 DDR3設計

圖10 DDR4設計

DRAM內部VREFDQ通過寄存器(MR6)來調節，主要參數有Voltage range, step size, VREF step time, VREF full step time ，如下表所示。

表4 參考電壓

每次開機的時候，DRAM Controller都會通過一系列的校準來調整DRMA端輸入數據信號的VREFDQ，優化Timing和電壓的Margin，也就是說，VREFDQ 不僅僅取決于VDD, 而且和傳輸線特性，接收端芯片特性都會有關系，所以每次Power Up的時候，VREFDQ的值都可能會有差異。

總結：

DDR4內存具有更高的運行速度和更低的電壓需求，從而提高了計算機的性能和能效。DDR4的主要特點和優勢是：

速度和帶寬提升： DDR4相對于DDR3來說，提供更高的數據傳輸速度和內存帶寬。它的速度通常以MT/s（兆傳輸每秒）來衡量，而不是DDR3中的MHz。DDR4的速度通常從2133MT/s開始，并可以高達3200MT/s或更高。這意味著DDR4能夠提供更快的數據訪問速度，有助于改善計算機性能。

低電壓： DDR4采用1.2伏的低電壓供電，相對于DDR3的1.5伏來說，能夠降低能耗，減少熱量產生，提高電池壽命。這對于筆記本電腦和移動設備尤為重要。

更高的密度：DDR4允許更高密度的內存模塊，這意味著單個內存模塊可以容納更多的存儲容量。這對于需要大量內存的服務器、工作站和高性能計算任務非常有用。

排隊和流水線技術： DDR4引入了排隊和流水線技術，使內存控制器能夠更高效地管理數據傳輸，降低延遲，提高性能。

錯誤校驗與糾正（ECC）： DDR4支持ECC，這是一種錯誤檢測和糾正技術。它有助于提高內存的可靠性，防止數據損壞或丟失，特別是在對數據完整性要求很高的應用中。

總之，DDR4內存是當前計算機領域的一種重要技術，它具有更高的速度、更低的電壓需求、更高的存儲密度和更好的性能，從而提高了計算機的性能和能效。