说起内存(模块)和内存插槽,让笔者想起一段往事:那还是在大家喜欢自己“攒机”的年代,公司 IT 小哥去电脑市场买配件组装了两台兼容机,用了一段时间,其中一台就出了状况,总是无缘无故地重启,有时候干脆就黑屏罢工了。IT 小哥抱来一堆杀毒盘,使出浑身解数,但还是解决不了问题。最终还是一个经验老道的 IT 老师傅一语点醒梦中人:“你看看是不是内存没插好……”结果还真的是内存插槽一端的内存卡扣松动了。


内存插槽对于内存乃至整个电脑系统稳定运行的重要性,由此可见一斑。而上面这个例子,影响的不过是一台 PC,如果类似的内存互连问题发生在一个数据中心的服务器里面,那故障的排查成本,以及可能造成的损失,就不好说了。因此,内存连接器的选择,千万马虎不得。

 

内存的提速之旅
大家都知道,随着半导体技术进步,DRAM(动态随机存储器)内存的容量越来越高,而在容量增加的同时还有一个指标必须同步提升,那就是内存的数据传输速度,否则性能将大大受限。

 

早期的 DRAM 是异步的,不受时钟调节,为了实现更大的传输速度,最终演化出了同步动态随机存储器 SDRAM 架构,从此内存数据的传输依赖于时钟信号,有了预定义的周期,更“有组织”也更加高速。

 

最初的 SDRAM 被称为“单倍速率 SDRAM”,即 SDR-SDRAM,顾名思义它在每个时钟周期只能传输一个数据信号。用了一段时间,大家又嫌它慢了,于是工程师们开始琢磨,如何能够在不增加时钟频率的情况下(也就意味着不增加功耗),提升数据传输速度,由此开发出了“双倍速率 SDRAM”技术——也就是我们今天已经熟识的 DDR-SDRAM——由于新技术可以在时钟的上升缘和下降缘都进行数据传输,因此让 SDR-SDRAM 速度得以翻番!

 

DDR 的出现并不是内存提速之旅的终点,而是一个新的起点。在第一代 DDR 的基础上,开发者增加了一个额外的时钟倍增器,让内存在总线速度不变的情况下,数据传输速度又提高了一倍,这就是 DDR2。此后,随着 4 倍时钟倍频器的集成,更高带宽、更低功耗的 DDR3 又来了,将传输速率提升到了 800~1600 MT/s。

 

从 2014 年起,DDR4 逐渐投入批量商用并成为主流,特别是在性能要求更高的通信和数据中心领域。与前一代的 DDR3 相比,DDR4 在传承了其倍频技术的基础上,提高了内存的核心频率,使得传输速率可达 2133~3200 MT/s,甚至更高。

 

图 1:DDR SDRAM 技术发展路线图(图源:Amphenol ICC)

 

伴随着 DDR4 的升级,内存也发生了新的变化:每个 DIMM DDR4 内存引脚增加到 288 个,工作电压降到了 1.2V,内存的最大容量也达到了 64GB。与之相适应,DDR4 内存插槽连接器也需要随之升级了。

 

表 1:DDR 至 DDR4 技术标准比较(来源:百度百科)


DDR4 需要什么样的内存插槽?
当我们讨论内存插槽的选型时,其基本逻辑有点像评测一辆汽车——如果是在时速 10-20 公里的低速状态,不同档次的汽车间差别并不明显;可如果将速度提上去再试试,弯道、抓地、减震……高下立现!所以可以说,“高速”的 DDR4 也是内存插槽连接器的试金石,不是谁家的产品都能够经得住考验。

 

一个能够满足 DDR4 内存模块性能要求的插槽连接器应该什么样?Amphenol ICC 的垂直式 DDR4 DIMM 内存插槽为我们提供了一个范例。

 

图 2:Amphenol ICC 的垂直式 DDR4 DIMM 内存插槽(图源:Amphenol ICC)

 

这是一个可以容纳 JEDEC MO-309 标准 DDR4 内存模块的内存插槽,具有间距为 0.85 毫米的 288 个引脚端子,高 2.40mm 的底座,外形紧凑、插槽间距小,可以支持 DDR4 内存更低的工作电压,更快的数据传输速度。该 DDR4 内存插槽系列符合全新的 JEDEC POD12 接口标准,并支持 UDIMM、RDIMM 和 LRDIMM 等多种内存模块类型,适用于存储系统、服务器、台式机和工业计算机等应用。

 

如果对 Amphenol ICC 的 DDR4 内存模块插槽做更细致的观察,我们可以看到它非常鲜明的三个特点:高可靠性、紧凑化设计以及全面的产品组合。


高可靠性
对于性能更高的 DDR4 内存模块来说,确保其可靠运行尤为重要。Amphenol ICC 的 DDR4 内存模块插槽从三个方面保证了高速数据互连的可靠性。

 

从电气性能来看,该连接器采用铜合金触点,表面采用闪镀金,或者最少 15/30 微英寸的金镀层;焊接区域镀锡或雾锡;全底座底部镀镍。连接器触点的额定电压为 30V AC (RMS)/DC,每引脚最大额定电流 0.7A。这样的设计,确保了优异的电气连接,端子的低电阻特性还支持使用 RDIMM 规范的内存模块,有利于进一步降低数据中心等高功率密度应用场景的功耗。

 

从机械结构来看,Amphenol ICC 的 DDR4 内存模块插槽能够确保触点最小 0.30Kgf 的保持力;插槽两端的卡扣可以提供最小 3.5kg 的过应力保护,确保受力 10 秒无损坏;内存插槽和 PCB 之间的板锁机构(Boardlock)还可提供最小 1.36Kgf 的“定力”……这些机械结构设计,让连接器可以应对冲击、振动等外部环境的不利影响,防止内存模块触点的松动或者外力的损坏。

 

值得一提的是,在确保稳固的机械结构的同时,该内存的插拔并不费力——插入力为最大 10.88Kgf,拔出力为每对触点最小 14gf——方便了用户对于内存模块的安装和维护。

 

从环境防护能力来看,该系列产品绝缘外壳部分采用的是耐高温的塑料(符合 UL94V-0 耐火能级),这不仅为连接器的核心互连部分提供了可靠的保护,而且可以克服热冲击,使得这个系列中的 SMT 版本产品能够适应回流焊工艺的要求。


紧凑化设计
随着 DDR 技术的升级,内存模块的引脚数一直在增加,但是在有限的系统 PCB 板上,给内存提供的空间并不见得会增加多少,因此内存模块插槽的小型化设计是必经之路。

 

Amphenol ICC 的 DDR4 内存模块插槽以 0.85mm 的引脚间距、高 2.4mm 模块底座的小型化设计,为 288 引脚的 DDR4 模块提供了很好的连接和支撑。同时它采用了更窄的外壳、更纤细的内存模块卡扣设计,进一步减小了连接器的外形尺寸,也有助于优化整个系统的空气流动性,利于散热。Amphenol ICC 还提供单侧模块卡扣闩锁的版本,用于特殊的紧凑空间设计。

 

此外,在这个 DDR4 内存模块插槽板底端还有一个槽沟,允许在板底部安装小型无源部件,进一步优化 PCB 空间的利用率,这也为设计开发提供了更大的灵活性。

 

额外提一句,Amphenol ICC 的这种连接器的小型化能力,一个更突出的例子是其推出的 DDR4 超薄型(ULP)DIMM 垂直插槽,它专门为低外形的 VLP DIMM 内存模块而设计(也兼容标准 DIMM 模块),仅有 1.1mm 的模块底座,以及 13.1mm 的连接器总高度,可以说是那些对空间要求更为苛刻的应用的不二之选。

 

图 3:Amphenol ICC 的标准和超薄型(ULP)DDR4 内存模块插槽的比较(图源:Amphenol ICC)


全面的产品组合
最后需要说明的是,Amphenol ICC 提供的 DDR4 内存模块插槽是一个完整的产品系列,包括三个产品类别:


表面安装技术(SMT):P/N 10124677


针脚通孔(PTH):P/N 10124632


压入配接(Press-Fit):P/N 10124806

 

此外,Amphenol ICC 的 DDR4 内存模块插槽还提供 1.6mm 和 2.4mm 两种焊尾选项,可以适应不同厚度 PCB 电路板的需要。多样化的产品组合,无论用户的最终应用是怎样的,“总有一款适合你“。

 

表 2:不同类型 Amphenol ICC DDR4 内存模块插槽型号一览(图源:Amphenol ICC)

 

实际上一个厂商可以提供的产品组合的广度,折射出的是其平台化的设计和制造能力,是其是否有完整的体系去紧跟技术标准的迭代,响应市场需求的变化。比如目前虽然 DDR5 标准还未正式商用,但是 Amphenol ICC 已经有相应的产品上架了。

 

俗话说“好马配好鞍”,这话用在 DDR4 内存模块插槽连接器的选型上再合适不过了。一个设计独到、制作精良的连接器不是个表面上的“样子货”,而是可以为充分释放新一代 DDR 内存的性能优势提供可靠的支撑。DDR4 内存该配什么样的内存插槽,现在你心中有数了吧?

 

表 3:Amphenol ICC DDR4 内存模块插槽特性优势总结(图源:Amphenol ICC)