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如何为DDR4内存模块选择合适的外壳材料

上网日期: 2014年05月08日 ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:DDR4? 热变形温度? 翘曲? CLTE?

作者:Quah Siang Hock, See-Wee Ong, Josien Krijgsman, Pim Janssen, John Hsieh, Dr. Tamim P Sidiki

DSM Engineering Plastics

云计算、虚拟化和高性能计算的全球化趋势呼吁更高性能、更高密度的计算机内存。

虚拟服务器使得操作者能够在一台服务器上运行多种应用而无需在多台服务器上运行程序。这些单台服务器需要更高的处理器速度和更高的内存密度。运行在此类服务器上的各种应用具有不同的要求:能够运行大型数据库或处理交易、用于企业的高端服务器需要高可靠性的大型内存容量;用于虚拟化或数据合并的中端服务器需要高的带宽;而低端的网络服务器、协同工作和基础设施系统主要要求低能耗、低成本和小型化特点。所有规模类型的企业(从电信企业到消费电子产品企业)均受到能耗成本上升的挑战,并亟待改善其日益严峻的环境足迹。运行虚拟化环境的服务器具有较高的应用速率,但它会消耗更多的电能。

在电子技术中,绿色设计最近成为显著的关注焦点,而且在未来几年里,绿色设计仍然将是一个热点主题。除了寻求更 高效的能源消耗,OEM 愈发限制了卤素用于连接器主体等配件塑料阻燃剂中。因此,支持下一代绿色设计的内存必须符合更高性能的多样性需求,更大的能源密度,更高的可靠性,低能耗以及避免使用潜在的有害材料。

最新一代的计算机内存,DDR4目标市场的占有份额将于2014年开始攀升:到第一季度末,生产商正准备从DDR3转移到DDR4。

在本论文中,探讨了开发各种无卤DDR4接口的可能性,并讨论了用于包装盒材料的各种替换材料,其中主要考虑固体状态技术协会发布的更加严格的JEDEC DDR4规格,以及国 际电工学委员会设定的新IEC 61249-2标准中关于“无卤”的定义。我们将基准测试各种高性能聚合物,例如液晶聚合物、聚酰胺4T以及不同的聚邻苯二酰胺,并着重研究它们的关键参数,例如连接器可靠性、针脚的耐拉强度、翘曲性和CLTE(线性热膨胀系数)与PCB的兼容性。

DDR4内存将首先出现在服务器中,OEM正不遗余力地在这一领域寻求降低能耗同时提高性能的方法。大约2014年第四季度,首批使用DDR4的高端台式机和游戏平台将上市。虽然 内存模块本身从去年开始就已经可供大批量生产了,但是要 求安装到印刷线路板(PCB)的模块所需的接口仅从2014年 初才开始预备升级。

DDR的发展史

处理器使用系统内存来暂时储存操作系统、应用以及加工的数据。应用可靠性和性能从本质上是与带宽和内存速度紧密相连的。这驱动了内存从异步DRAM技术和扩展数据输出(EDO)内存,到高带宽同步DRAM(SDRAM)技术的不断演进。然而,带宽从没有跟上处理器的发展,以至于当从内存中读取数据时,处理器会无事可做,使得系统总体上无法以最高效率运行。为缩短这一差距,业界不断开发新的内存技术。整条电子工业价值链上的所有竞争者都竞 相与JEDEC合作,以保证新的内存满足他们对于性能、可靠性、成本和后兼容性的需求。

发表于2012年9月的初始JEDEC DDR4(JESD79-4)标准计划用于提升性能和可靠性,同时降低耐久性、高度和足迹,从而与以前的DRAM内存技术相比,拥有显著的进步。

到2014年第一季度末,第一台以新的英特尔Haswell E处理器为基础的服务器即将出炉,该服务器充分支持DDR4标准。DDR4将取代当前的DDR3和DDR3L(低能耗版本)标准。

由于内存容量与单元尺寸成反比,单元尺寸的缩小会引起内存容量的增加。原来,内存的工作电压为5伏特。由于单元尺寸收缩,电压已被降至晶体管门电路不被烧毁的程度。最新的DDR4技术现在1.2伏特下运行,这也使得有可能在提高速度的同时降低能耗。

DDR发展历程(电子工程专辑)
图1:DDR发展历程。

更轻薄的服务器需要较低的DDR内存高度,有如下几个原因:

克服空间限制;

通过使穿过DIMMs的气流尽可能最大化 改善机器散热性能;

改善机器散热性能。

各种DDR设计(电子工程专辑)

各种DDR设计(电子工程专辑)
图2:各种DDR设计。

外形轻薄的VLP(低能耗)和ULP(超低能耗)的DDR需要材料具有高流动性,同时也能够抵抗回流焊接的温度。较低的落座高度使得液晶塑料(LCP)达到机械特性的极限,与此同时SMT设计将极低翘曲性发挥到极限!

DDR4可在减少能耗的同时拥有超高的传输速度。

由三星生产的第一块DDR4模块于2011年9月发布。从那以后,人们越来越多地关注连接器生产商所要求的DDR4接口。DDR4将显著提升计算机的功率管理、处理速度和性能表现。业界领先的生产商例如三星和美光生产的内存模块是以最新的20nm蚀刻工艺为基础,同时根据JEDEC定义其有效初始速度为2400Mb/s,随后提高到全速3200Mb/s。与DDR3相比,DDR4功耗减少35%。此外,DDR4支持深度电源节能技术,并采用单存储芯片刷新方式,而不是DDR3采用的整存储芯片刷新方式,因而待机功率可降低40~50%,随着功率的大幅下降,则能有效帮助所有使用内存的计算机部件降温。有效模块能够覆盖的密度范围在8~128GB之间。

DDR4和DDR3相比的电压和能耗降低(电子工程专辑)
图3:DDR4和DDR3相比的电压和能耗降低。

DDR4能实现前所未有的超高传输速度,每秒传输次数达32亿次,数据传输速度是顶级DDR3存储器的两倍。才采用的初始阶段,DDR4将逐渐演进到全速3200Mb/s。下一代DDR4L产品将拥有更高的速度。

DDR产品速度和电压的演化(电子工程专辑)
图4:DDR产品速度和电压的演化。


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