存儲器設計人員可以使用一系列簡單但功能強大的熱概念來減輕熱量并設計更好的存儲器子系統(tǒng)。

控制與CPU相關的散熱問題通常是嵌入式系統(tǒng)設計人員的首要任務。但是，內(nèi)存模塊并不一定不那么重要。熱管理問題在嵌入式環(huán)境中提出了具有挑戰(zhàn)性的設計考慮因素，需要知識、精度和創(chuàng)造力來診斷和克服存儲器子系統(tǒng)設計參數(shù)。

過去，內(nèi)存并不像設計人員對CPU那樣復雜，也不需要像設計人員那樣給予熱關注。由于CPU需要冷卻，芯片組配備了散熱器作為生產(chǎn)標準。相比之下，內(nèi)存模塊只需要輕微的氣流調(diào)整即可控制溫度。但是，隨著 DDR3 和 DDR4 技術在當今 ??s 嵌入式設計中的速度不斷提高，內(nèi)存模塊設計非常復雜，也需要熱關注。

時鐘速度只是內(nèi)存運行比以往更熱的原因之一。客戶環(huán)境、整體設計選擇（如內(nèi)存模塊在電路板上的 ?? 位置、水平或垂直模塊方向）以及系統(tǒng)上的氣流量也會影響內(nèi)存模塊的 ?? 熱狀況。

嵌入式系統(tǒng)設計人員通常使用緊湊的電路板布局，需要近乎完美的工程設計才能實現(xiàn)完美的信號完整性和極致的性能。雖然存在其他設計問題，但成功的系統(tǒng)設計人員將內(nèi)存熱管理視為更高級別的設計問題，以跟上不斷發(fā)展的內(nèi)存技術和熱管理技術，以減少內(nèi)存模塊中的熱量。

存儲器設計人員可以使用一系列簡單但功能強大的熱概念來減輕熱量并設計更好的存儲器子系統(tǒng)。同樣，系統(tǒng)設計人員可以在創(chuàng)建設計時通過整合這些概念來增強產(chǎn)品。

熱火正開啟

存儲器設計人員首先選擇可減輕熱量并提供最佳整體散熱方案的存儲器模塊。將使用最少 DRAM 的模塊整合到最多數(shù)量的模塊等級中，可以實現(xiàn)所需的模塊密度并有效管理電源。待機模式下的 DRAM 越多，模塊消耗的功率就越少 - 通常通過使用具有最寬數(shù)據(jù)總線的 DRAM 來實現(xiàn)，如表 1 所示。例如，36 芯片四列 x8 DIMM 比 36 芯片兩列 x4 DIMM 使用更少的功率。

圖 1

再舉一個例子，一個512 MB的糾錯碼DIMM可以使用五個64x16 DRAM芯片，而不是九個64x8 DRAM，從而減少44%的熱量。由于數(shù)據(jù)表中為 64x16 和 64x8 DRAM 指定的 IDD 值的差異，實際減少量可能會略小。內(nèi)存設計人員通常會探索內(nèi)存控制器芯片組是否可以支持更寬的 DRAM 數(shù)據(jù)總線寬度。

總體而言，在非堆疊或沒有大型熱半導體的DRAM之間適當間隔的內(nèi)存模塊將具有更好的熱特性。小型存儲器，如堆疊式超薄型存儲器或堆疊式 SODIMM，具有更高的功率密度（瓦特/面積），需要特殊考慮冷卻。由于板載高級內(nèi)存緩沖器，完全緩沖的 DIMM 也具有高功率密度，并且可能需要額外的冷卻輔助或氣流。

系統(tǒng)與內(nèi)存

熱傳感器是存儲器設計人員的關鍵工具。JEDEC‘??s標準規(guī)定，內(nèi)存模塊具有熱傳感器，可為用戶提供監(jiān)控和觸發(fā)機制，根據(jù)溫度波動調(diào)整系統(tǒng)性能。

根據(jù)定義的參數(shù)，系統(tǒng)可以發(fā)出擴展模式寄存器設置命令，該命令將在+85?∞C的觸發(fā)溫度下將DDR2 DRAM上的內(nèi)部刷新率加倍至32毫秒（tREFI = 3.9微秒），以將DRAM工作溫度擴展到+95?∞C。如果該功能不可用，設計人員可以在存儲器模塊上集成特殊編程，以擴展溫度操作?；蛘?，系統(tǒng)可以使用閉環(huán)動態(tài)溫度節(jié)流和風扇速度控制來優(yōu)化內(nèi)存性能。

這里的關鍵點是CPU管理內(nèi)存板’??s熱傳感器，這表明系統(tǒng)級和板級熱問題密切相關。系統(tǒng)‘??s BIOS讀取傳感器的輸出，并根據(jù)預編程的閾值評估性能選項，以確定可接受的溫度范圍。例如，如果內(nèi)存在有限的溫度下運行，系統(tǒng)熱量監(jiān)控器會提醒管理員溫度高于定義的閾值，提示他們采取必要的步驟來降低溫度，例如檢查處理器和機箱風扇，解決可能阻塞的任何機箱氣流通風口，或添加另一個機箱風扇。

氣流很重要

氣流是內(nèi)存的一個簡單但關鍵的問題;主要目標是避免將預熱的空氣直接吹過內(nèi)存子系統(tǒng)。只要有可能，設計人員就應將內(nèi)存子系統(tǒng)放置在處理器的側面，并置在處理器’??s 散熱器或其他熱組件（如電源或芯片組）產(chǎn)生的暖空氣流之外。環(huán)境進氣應均勻地流過內(nèi)存子系統(tǒng)和其他熱組件（如處理器）。

模塊之間的氣隙太小可能會從氣流路徑內(nèi)物理受阻的 DIMM 模塊產(chǎn)生氣流背壓。這可能導致氣流壓降沿 DIMM 的側面，導致氣流減少，或者可能將氣流轉移出去或繞過整個內(nèi)存子系統(tǒng)。DIMM 插座從中心到中心的間距應為 10 mm 或更大。

通常，最大化氣流會將熱量從內(nèi)存中抽出。如果聲學噪聲不是問題，設計人員應使用鼓風機或雙風扇來優(yōu)化氣流。通過抽取排氣點處的熱空氣可以最好地實現(xiàn)具有最小壓降的氣流，但也可以通過在進氣點將空氣推入來改善。充氣室、管道或護罩可用于引導和容納通過內(nèi)存子系統(tǒng)的氣流，平行于 DIMM 的最長側和兩側流動。這些外殼可能允許較慢的風扇速度，噪音較小，并且不會影響氣流。

內(nèi)存模塊可以設計為允許氣流穿過 DIMM 的短側，從而消除熱量拖過 DIMM 的長側。這種類型的夾層連接器技術不會將太多的 DRAM 暴露在來自上游 DRAM 的預熱空氣中。

如果主板或系統(tǒng)主板平整安裝并垂直于重力線，則內(nèi)存的最佳方向是垂直安裝，因為熱空氣沿著重力線上升。垂直 DIMM 方向可防止熱量被困在內(nèi)存模塊的下部底部。如果無法進行垂直安裝，則傾斜安裝 DIMM 方向將受益于單側 DIMM，其中 DRAM 組件安裝在頂部。這也適用于平放在系統(tǒng)主板上的內(nèi)存DIMM。

設計人員應選擇具有 DRAM 放置位置的模塊，該模塊不允許所有 DRAM 器件同時在同一側處于活動狀態(tài)。在內(nèi)存模塊的每一側交替放置 DRAM 的模塊將均勻地分散 DIMM 周圍的熱量。如果 DIMM 的一側的氣流受到限制，則僅將 DRAM 放在具有最大氣流的一側的內(nèi)存模塊在較高溫度下的性能會更好。圖1說明了交替DRAM等級技術如何減少熱影響。

圖 2

散熱器等

散熱器是放置在內(nèi)存模塊表面的金屬蓋，用于將熱量均勻地分散在表面上，并通過去除局部熱點來平衡表面溫度。散熱器由熱導材料（如銅或鋁）制成，形狀為包裹在內(nèi)存模塊周圍的蛤殼形狀。

如果空間允許，放置在內(nèi)存?zhèn)缺砻婧?或內(nèi)存模塊頂邊緣的散熱器將最大限度地從模塊中抽取熱量。散熱器在不影響氣流的情況下向內(nèi)存模塊增加的額外表面積決定了其整體效果。

導熱PCB和PCB芯也是有效的選擇。這些金屬或碳復合材料層壓層嵌入到存儲器PCB的結構中，使其比標準FR-4運行溫度更低。這些層還通過去除局部熱點（如鎖相環(huán)）來均衡元件溫度。通過熱器件下的孔將熱量傳導到磁芯中而產(chǎn)生的許多熱點并不少見。這些磁芯反過來將熱量傳導到模塊的邊緣手指中，并可以帶到PCB的頂部邊緣，使其暴露于散熱器或散熱器中。這種類型的PCB的頂部邊緣具有DIM的內(nèi)部散熱芯，連接到模塊頂部的集成散熱器，從而增加了DIMM的額外高度。

在制造過程中，內(nèi)存模塊可以在運行客戶??診斷軟件的客戶??系統(tǒng)中在高溫下進行測試。這種主動老化將屏蔽潛在的弱模塊。無源老化（在未通電的模塊上）對篩選出具有弱電池的DRAM沒有影響，因為DRAM電池是基于半導體的電容器，需要不斷充電或刷新以保留二進制信息。某些內(nèi)存模塊可使用經(jīng)過篩選的 DRAM，擴展工作溫度范圍為 -40 ?∞C ‘? tcase ’?§ +95 ?∞C。這是一個特殊項目，并非所有 DRAM 供應商都提供工業(yè)溫度 DRAM 作為商業(yè)溫度 （0 ?∞C‘ - Tcase ’1§ +85? ∞C） 的選件。

熱問題無處不在

熱管理問題隨著內(nèi)存技術的發(fā)展而發(fā)展，并成為嵌入式系統(tǒng)可靠性和性能的關鍵。系統(tǒng)設計人員和內(nèi)存子系統(tǒng)設計人員之間的設計動態(tài)也在不斷發(fā)展，可能會影響為耐用性和性能而構建的設計。值得信賴的系統(tǒng)級和板級合作伙伴關系，以及對與 DRAM 內(nèi)存模塊相關的當前熱概念的更多了解，可以對最終產(chǎn)品的成功產(chǎn)生重大影響。

將 DRAM 內(nèi)存模塊的散熱考慮因素作為經(jīng)過驗證的系統(tǒng)設計原則的一部分，可以使設計人員對提高散熱性能的方法有更深入的了解。一般設計考慮因素和替代散熱選項可以創(chuàng)建一個成功的內(nèi)存子系統(tǒng)設計，有效地滿足嵌入式環(huán)境中高內(nèi)存帶寬、大內(nèi)存密度、小物理空間和低成本的系統(tǒng)要求。

審核編輯：郭婷