加固性的進(jìn)步增強(qiáng)了內(nèi)存模塊設(shè)計(jì)

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員歷來(lái)?yè)碛杏邢薜拇鎯?chǔ)器產(chǎn)品，適用于需要在惡劣的高沖擊和振動(dòng)條件下運(yùn)行的應(yīng)用。這是因?yàn)閮?nèi)存技術(shù)的進(jìn)步及其相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)雙列直插式內(nèi)存模塊（DIMM）和小輪廓DIMM（SODIMM）外形尺寸在很大程度上是由PC，電信和服務(wù)器市場(chǎng)需求推動(dòng)的。為這些市場(chǎng)應(yīng)用設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)器模塊通常不符合關(guān)鍵的嵌入式應(yīng)用規(guī)范，這些規(guī)范必須允許空間受限的布局，同時(shí)還要提供高可靠性和高性能，并在惡劣或惡劣的環(huán)境中長(zhǎng)期運(yùn)行。在嵌入式市場(chǎng)中，存儲(chǔ)器產(chǎn)品必須支持較長(zhǎng)的產(chǎn)品生命周期，并且還具有成本效益。

一些內(nèi)存模塊供應(yīng)商專注于嵌入式市場(chǎng)的需求，并繼續(xù)發(fā)展內(nèi)存技術(shù)進(jìn)步。存儲(chǔ)器供應(yīng)商通過(guò)各種標(biāo)準(zhǔn)組走到一起，在商用存儲(chǔ)器模塊方面取得這些進(jìn)步，使嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠訪問(wèn)各種容量的堅(jiān)固型設(shè)備。這種標(biāo)準(zhǔn)化還帶來(lái)了多個(gè)供應(yīng)商一致可用性的額外好處，這有助于OEM加快上市時(shí)間，同時(shí)降低整體系統(tǒng)成本和項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)。

在堅(jiān)固耐用的內(nèi)存技術(shù)方面取得長(zhǎng)足進(jìn)步

存儲(chǔ)器技術(shù)創(chuàng)新為嵌入式系統(tǒng) OEM 提供了各種堅(jiān)固耐用的選項(xiàng)，包括扁平的模塊設(shè)計(jì)、糾錯(cuò)碼 （ECC）、散熱、擴(kuò)展溫度操作以及添加熱傳感器來(lái)監(jiān)控模塊溫度。

嵌入式系統(tǒng) OEM 將雙倍數(shù)據(jù)速率三型 （DDR3） SODIMM 內(nèi)存模塊作為堅(jiān)固耐用的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的支柱。除了 DDR3 的耐用性之外，我們還采用了新的低功耗、低耗散 DDR3L 內(nèi)存模塊，解決了嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。JEDEC 規(guī)定，運(yùn)行內(nèi)存溫度超過(guò) +85 °C 的系統(tǒng)必須將 DDR3 自刷新率提高一倍。DDR3L 內(nèi)存模塊通過(guò)選擇最低的總電流、采用散熱銅澆注方法 PCB 設(shè)計(jì)、減少芯片數(shù)量以及利用 1.35 V DDR3 動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 （DRAM） 來(lái)解決雙刷新率要求。與當(dāng)前的 DDR3 設(shè)計(jì)相比，DDR3L 內(nèi)存每個(gè)模塊可節(jié)省高達(dá) +10 °C 的溫度，并消除了雙刷新率要求。基于供應(yīng)商的測(cè)試表明，根據(jù)所使用的組件，DDR3L模塊有助于顯著降低功耗，從而有助于提高性能（見(jiàn)表1）。

表 1：Virtium 內(nèi)部測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，根據(jù)所使用的組件，OEM 廠商可以使用 8 GB ECC 內(nèi)存模塊實(shí)現(xiàn)高達(dá) 50% 的功耗降低。

刀片 VLP 是高度為 18.75 毫米的 JEDEC 標(biāo)準(zhǔn) VLP 的低剖面 （17.78 毫米） 替代品。將 DDR3 VLP 內(nèi)存模塊的高度降低到更薄的 17.78 mm，解決了許多電信和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的空間受限限制，在這些應(yīng)用中，很難容納行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) DIMM 或 Mini DIMM 插座以及標(biāo)準(zhǔn) VLP 所需的內(nèi)存。這種方法允許設(shè)計(jì)人員降低使用多個(gè)內(nèi)存模塊的系統(tǒng)以及必須在+85°C以上運(yùn)行的系統(tǒng)的總功耗，這是各種基于AdsentialTCA的電信和以太網(wǎng)刀片交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的典型設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

電信和網(wǎng)絡(luò)刀片系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員通常面臨嚴(yán)格的系統(tǒng)高度限制。此外，這些系統(tǒng)需要在內(nèi)存模塊頂部留出空間，以啟用氣流以實(shí)現(xiàn)有效的熱量管理。采用高度較低的 DDR3L VLP 內(nèi)存模塊有助于改善氣流并提供低剖面，使 OEM 能夠提供可靠性更高的產(chǎn)品，從而降低總擁有成本。特定的 DDR3L VLP 模塊還提供單刷新率，這對(duì)于最大限度地提高高溫系統(tǒng)的性能至關(guān)重要。

多種方法有助于加固

為了幫助 OEM 滿足對(duì)振動(dòng)、溫度或其他惡劣環(huán)境條件的極端要求，內(nèi)存供應(yīng)商提供了制造技術(shù)進(jìn)步，例如用于加固 DDR3 SODIMM 模塊的側(cè)固定夾。這些通用適應(yīng)性強(qiáng)的夾子可以很容易地在各種應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)。在最近的過(guò)去，設(shè)計(jì)人員通常僅限于較弱的商業(yè)級(jí)固定夾，以保持內(nèi)存模塊就位。在某些情況下，這些保持架可能會(huì)彈出打開(kāi)并導(dǎo)致系統(tǒng)級(jí)故障。其他涉及安裝孔的替代方案需要對(duì)主板進(jìn)行大量修改，這通常會(huì)導(dǎo)致基于COTS的非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)無(wú)法充分解決問(wèn)題。

此外，OEM可以利用底部填充選項(xiàng)，為標(biāo)準(zhǔn)FR-4 PCB上填充的組件提供更高的抗沖擊性，保形涂層是另一種符合MIL-I-46058C標(biāo)準(zhǔn)的選擇，以提供增強(qiáng)的環(huán)境退化保護(hù)。

除了機(jī)械增強(qiáng)之外，OEM還可以進(jìn)行許多電氣升級(jí)，包括擴(kuò)展溫度篩選和老化，以及添加熱傳感器來(lái)監(jiān)控模塊溫度。設(shè)計(jì)人員通?？梢詮膬?nèi)存模塊中的三個(gè)溫度選項(xiàng)中進(jìn)行選擇：

工業(yè)溫度：-40 °C 至 +95 °C

擴(kuò)展溫度：-25 °C 至 +95 °C

標(biāo)準(zhǔn)溫度：0 °C 至 +95 °C

測(cè)試對(duì)于確保模塊符合溫度規(guī)格至關(guān)重要。因此，定義一組標(biāo)準(zhǔn)的溫度測(cè)試參數(shù)以及存儲(chǔ)器供應(yīng)商與OEM合作以根據(jù)特定設(shè)備和測(cè)試時(shí)間需求調(diào)整測(cè)試方法非常重要。嵌入式系統(tǒng)通常執(zhí)行任務(wù)關(guān)鍵型操作，因此在建立測(cè)試定義并完成驗(yàn)證后，建議根據(jù)定義的計(jì)劃對(duì)內(nèi)存模塊進(jìn)行100%測(cè)試。

確保擴(kuò)展溫度操作的最佳測(cè)試方法是通過(guò)使用客戶主板或在具有相同芯片組和設(shè)置的經(jīng)批準(zhǔn)的主板上進(jìn)行生產(chǎn)測(cè)試來(lái)完成。這些測(cè)試也可以使用專門(mén)開(kāi)發(fā)的烤箱進(jìn)行，這些烤箱與大多數(shù)嵌入式主板外形尺寸相匹配，從而能夠以完整的系統(tǒng)性能進(jìn)行溫度測(cè)試。

系統(tǒng) 測(cè)試 對(duì)于 捕獲 使用 標(biāo)準(zhǔn) 測(cè)試 系統(tǒng) 無(wú)法 發(fā)現(xiàn) 的 ECC 錯(cuò)誤 等 缺陷 非常 關(guān)鍵。重要的是要注意，根據(jù)應(yīng)用或系統(tǒng)規(guī)格，系統(tǒng)級(jí)測(cè)試可能還需要使用Temtronic ThermoStream單元進(jìn)行，以滿足低至-45°C的溫度要求，或者在+85°C環(huán)境溫度下使用低溫烘箱進(jìn)行測(cè)試長(zhǎng)達(dá)12小時(shí)。

對(duì)內(nèi)存模塊中 DRAM 故障模式的分析已確定，可靠性欠佳的 DRAM 組件在使用后的前三個(gè)月往往會(huì)出現(xiàn)故障。隨著較新的DRAM發(fā)展到更小的工藝幾何形狀，包含弱位（單個(gè)單元中的微觀缺陷）的芯片可能會(huì)有更大的風(fēng)險(xiǎn)。這不足以導(dǎo)致DRAM完全故障，但在初始現(xiàn)場(chǎng)操作開(kāi)始后的幾周內(nèi)可能會(huì)出現(xiàn)單比特錯(cuò)誤。

使用老化期間測(cè)試 （TDBI） 有助于消除任何潛在的早期故障，并提高內(nèi)存產(chǎn)品的整體可靠性。雖然大多數(shù)DRAM芯片在芯片級(jí)經(jīng)歷靜態(tài)老化，但TDBI提供了一種更全面的測(cè)試方法，在模塊級(jí)實(shí)施24小時(shí)老化測(cè)試，同時(shí)在模塊在壓力條件下動(dòng)態(tài)運(yùn)行和檢查測(cè)試模式。各種內(nèi)存制造商進(jìn)行的研究表明，使用TDBI腔室可以將早期故障減少多達(dá)90%。

新標(biāo)準(zhǔn)和外形規(guī)格

JEDEC和小型特殊興趣小組（SFF-SIG）等多個(gè)行業(yè)組織積極參與當(dāng)今嵌入式系統(tǒng)的存儲(chǔ)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化帶來(lái)了來(lái)自多個(gè)供應(yīng)商的一致可用性的額外好處，這有助于OEM加快上市時(shí)間，同時(shí)降低整體系統(tǒng)成本和項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)。

ECC已成為嵌入式系統(tǒng)的中流砥柱。但是，JEDEC 成員最初并不認(rèn)識(shí)到在 SODIMM 外形上開(kāi)發(fā) DDR2 規(guī)范時(shí)需要適應(yīng) ECC，因?yàn)楫?dāng)時(shí)大多數(shù)筆記本電腦芯片組都不支持 ECC?？吹綄?duì)可以在嵌入式系統(tǒng)中更快的 DDR2 內(nèi)存模塊上實(shí)現(xiàn)的 ECC 的需求，Virtium 贊助了 JEDEC 中的 ECC SODIMM 規(guī)范，該規(guī)范現(xiàn)已擴(kuò)展到 DDR3 和 DDR4 模塊。

SFF-SIG 的 XR-DIMM 規(guī)范是存儲(chǔ)器器件的另一個(gè)示例，旨在滿足嵌入式系統(tǒng)在過(guò)度沖擊和振動(dòng)條件下可靠運(yùn)行的需求。這些系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員需要一個(gè)外形小巧、極其堅(jiān)固的 DDR3 模塊。該標(biāo)準(zhǔn)將設(shè)計(jì)人員從商業(yè)級(jí)產(chǎn)品以前的限制中解放出來(lái)，這些產(chǎn)品需要焊接，帶子，膠水或系緊物來(lái)固定模塊。

通過(guò) SFF-SIG 工作的維塔、瑞士比特和 LiPPERT 嵌入式計(jì)算機(jī)之間的合作產(chǎn)生了一個(gè)引腳定義的模塊，該模塊的引腳定義與 DDR3 標(biāo)準(zhǔn) DIMM 非常相似。引腳定義利用高性能 240 針 SMT 連接器系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用帶螺釘附件的支座將 XR-DIMM 內(nèi)存模塊牢固地固定在主板上。此外，引腳定義包括一個(gè)SATA接口，用于開(kāi)發(fā)包含DDR3和NAND閃存的雙功能模塊，以便從單個(gè)插槽實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器和固態(tài)驅(qū)動(dòng)器存儲(chǔ)的組合。計(jì)劃未來(lái)采用 SATA 和 DDR3 模塊組合標(biāo)準(zhǔn)。

滿足堅(jiān)固耐用的內(nèi)存要求

雖然對(duì)加固型嵌入式設(shè)備的需求持續(xù)上升，但內(nèi)存模塊供應(yīng)商繼續(xù)進(jìn)行技術(shù)進(jìn)步和相關(guān)制造改進(jìn)，以滿足OEM的需求。DDR3 冗余、DDR3L 和扁平化 DDR3L 都是有助于滿足堅(jiān)固內(nèi)存要求的新技術(shù)示例。這些進(jìn)步解決了許多設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，包括低功耗、增強(qiáng)的散熱和擴(kuò)展的溫度容差，同時(shí)提供當(dāng)今復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)所需的性能。

XR-DIMM 和 ECC 的 SODIMM 標(biāo)準(zhǔn)也有助于推進(jìn)堅(jiān)固耐用的內(nèi)存產(chǎn)品的現(xiàn)成供應(yīng)。此外，設(shè)計(jì)人員可以使用底部填充側(cè)保持夾和保形涂層制造選項(xiàng)以及先進(jìn)的測(cè)試方法，以幫助確保設(shè)計(jì)堅(jiān)固。

在堅(jiān)固耐用的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中保持最高可靠性和可用性的挑戰(zhàn)將繼續(xù)存在，但內(nèi)存模塊的進(jìn)步將跟上這些要求的步伐，幫助實(shí)現(xiàn)OEM的持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)力和未來(lái)的創(chuàng)新。

審核編輯：郭婷