內(nèi)存是怎樣煉成？內(nèi)存工程師研發(fā)手記
[泡泡網(wǎng)內(nèi)存頻道3月13日] 說起內(nèi)存，可能很多玩家都覺得無所謂。內(nèi)存只要可以用就行了，誰管它怎么樣？實(shí)際上這樣的想法是比較偏頗的。比如游戲玩家，往往長時(shí)間、高負(fù)荷運(yùn)行計(jì)算機(jī)，對(duì)計(jì)算機(jī)整機(jī)性能特別是內(nèi)存要求非?？量?。可能很多玩家都感受過在正常的游戲中電腦突然藍(lán)屏死機(jī)，或者長時(shí)間辛苦打怪物，眼看就要?jiǎng)倮耍Y(jié)果突然游戲崩潰、甚至直接重啟，之前的心血化為泡影，這是多么令人郁悶的一件事情啊。
我們將問題重新拉回內(nèi)存上來，在游戲中，內(nèi)存在容量達(dá)到一定限度后，不會(huì)再成為性能的約束瓶頸。其重點(diǎn)關(guān)注的方向應(yīng)該轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性方面。之所以這樣說，原因大家都很清楚。內(nèi)存的作為數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)站，只要有足夠的帶寬滿足CPU的需求即可。目前內(nèi)存多以雙通道形式出現(xiàn)，其能夠提供的總帶寬已經(jīng)超出了CPU前端總線的需求。因此，在內(nèi)存測試中，雙通道DDR2 800相比雙通道DDR2 1066，游戲幀數(shù)并不會(huì)有明顯上升。
◎ 金泰克資深工程師代濤研發(fā)手記節(jié)選（一）：從設(shè)計(jì)開始保證
我們都知道，游戲迷們?cè)谕嫫鹨豢罱?jīng)典的游戲的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)“加班加點(diǎn)”的長時(shí)間使用電腦，有的人為了沖級(jí)，還和朋友輪流在線努力。面對(duì)這種情況，我們需要保證內(nèi)存在這個(gè)過程中不出錯(cuò)。這就決定了我們要對(duì)開發(fā)我們的游戲內(nèi)存的基礎(chǔ)是定在以穩(wěn)定為主基調(diào)。
和所有的物品一樣，在設(shè)計(jì)之初就明確目標(biāo)，從原料開始就精挑細(xì)選保證產(chǎn)品質(zhì)量是非常重要的。那么作為專業(yè)人士，如何保證游戲內(nèi)存的穩(wěn)定性？經(jīng)過長時(shí)間的試驗(yàn)以及多年積累的經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)——“要穩(wěn)定從原料抓起”，我們就首先要保住原料的品質(zhì)，在IC顆粒的選取， PCB的挑選，被動(dòng)元件的品質(zhì)以及SPD的優(yōu)化上下足功夫。
● 原料很重要，選擇出色的原料確保產(chǎn)品品質(zhì)
元件是保證穩(wěn)定性的基礎(chǔ)。對(duì)于內(nèi)存來說，或許我們更為關(guān)注它的顆粒。但是在專業(yè)工程師的眼中，顆粒只是內(nèi)存研發(fā)的一部分因素，對(duì)于玩家往往忽視的PCB基板、散熱設(shè)計(jì)以及焊接技術(shù)、接口鍍層技術(shù)等，金泰克資深工程師都有獨(dú)到的方面。
◎ 金泰克資深工程師代濤研發(fā)手記節(jié)選（二）：選擇最出色的原料確保產(chǎn)品穩(wěn)定性
在設(shè)計(jì)端，我們就首先要保住原料的品質(zhì)， 其中就包含了：IC顆粒的選取， PCB的挑選，被動(dòng)元件的品質(zhì)和SPD的優(yōu)化。
IC顆粒的選取: 由于上游顆粒廠在生產(chǎn)過程中，必然會(huì)有部分品質(zhì)優(yōu)良和一般及不合格品的產(chǎn)生，采用不同品質(zhì)的顆粒對(duì)成品后的內(nèi)存，有著決定性的作用，我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候就對(duì)顆粒進(jìn)行了精心的選擇。 從生產(chǎn)端的品牌上，主要有以下幾家的DRAM IC顆粒: 鎂光、三星、現(xiàn)代、爾必達(dá)、南亞、茂德、力晶、奇夢達(dá)。在考慮以上廠家的技術(shù)先進(jìn)性和生產(chǎn)基地的情況下，我們鎖定了以下幾家: 鎂光、三星、現(xiàn)代、爾必達(dá)做為我們的設(shè)計(jì)IC首選。我們分別聯(lián)系以上原廠的工程技術(shù)人員進(jìn)行技術(shù)溝通，并取得樣品。
在取得樣品之后，我們立刻進(jìn)入測試和產(chǎn)品驗(yàn)證階段。在這個(gè)階段需要對(duì)IC顆粒進(jìn)行大量的細(xì)致的測試。比如高頻穩(wěn)定性、發(fā)熱量、性能表現(xiàn)，均一性表現(xiàn)等。在高頻穩(wěn)定性方面，很多玩家都喜歡超頻沖擊極限，在超頻過程中達(dá)到了較高的頻率，或者能夠正常運(yùn)行游戲，就認(rèn)為超頻成功了。實(shí)際上并不是這樣。在內(nèi)存的測試中，有時(shí)雖然超頻到極限的內(nèi)存可以進(jìn)入Windows，甚至可以跑完Super Pi，但并不證明內(nèi)存本身在這個(gè)頻率下能夠穩(wěn)定運(yùn)行。因?yàn)樵诟哳l運(yùn)行狀態(tài)下，內(nèi)存在測試中即使沒有通過電氣性能檢測，但在PC平臺(tái)上也有可能穩(wěn)定運(yùn)行。比如內(nèi)存的波形已經(jīng)偶爾出現(xiàn)比較嚴(yán)重失真變形，但依舊可以依靠平臺(tái)較強(qiáng)的糾錯(cuò)和抗干擾能力運(yùn)行下去。但這種情況在金泰克是不允許出現(xiàn)的，因?yàn)樗锌赡軐?dǎo)致用戶的PC出現(xiàn)穩(wěn)定性故障。因此，在設(shè)計(jì)中為了保證一部分動(dòng)手能力強(qiáng)的用戶對(duì)性能的渴求，我們特別預(yù)留了比較寬泛的超頻空間，在一定的空間內(nèi)，內(nèi)存本身的的素質(zhì)還是能滿足超頻的需要，至于內(nèi)存顆粒更高、更為極限的情況，我們留給玩家去探索。
除了上述情況之外，為保證內(nèi)存IC顆粒的穩(wěn)定性，我們對(duì)每一批顆粒都進(jìn)行抽檢檢測。只要出現(xiàn)一次抽檢不合格現(xiàn)象，那么整批IC顆粒就退回上游廠商。一開始上游廠商最這種做法提出質(zhì)疑，因?yàn)檫@批顆粒都可以在額定狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)行，為了給玩家留出更為寬泛的空間和更為穩(wěn)定的使用體驗(yàn)，我們提高了IC顆粒的采購價(jià)格，要求上游廠商供給給位出色的顆粒以通過金泰克嚴(yán)格的測試。
PCB的挑選：現(xiàn)在好的PCB有八層和六層的區(qū)別，主要是在設(shè)計(jì)的時(shí)候八層板有利于布線，有較寬于的設(shè)計(jì)空間，可以減少設(shè)計(jì)中由于密集的布線帶來的干擾，有利于成品的穩(wěn)定工作。在生產(chǎn)中，也有由于不同的生產(chǎn)廠家對(duì)品質(zhì)的控制的能力的不同而出現(xiàn)品質(zhì)上的差別。
現(xiàn)在市場中主要內(nèi)存的PCB生產(chǎn)廠都在臺(tái)灣，我們經(jīng)過樣品的試做和長期的合作中，最后選取了臺(tái)灣的某業(yè)界大廠做為我們的合作和生產(chǎn)商。
PCB的優(yōu)良和低劣，從外觀上我們無法分辨。但在我們的眼中，借助一些專業(yè)的進(jìn)口測試設(shè)備可以清晰的看出PCB的優(yōu)劣質(zhì)量。最常用最直觀、也是最容易理解的方式就是切片觀察。從切片中，我們可以清晰看出PCB的每一層的銅箔的厚度、通空直徑的大小、盲孔的連接、孔中毛刺的高度等數(shù)據(jù)，從而判斷出PCB的好壞。
圖：50倍率下照片，可以看見PCB內(nèi)部的金屬層，這是一個(gè)六層PCB的切面圖
圖：這是PCB切片放大100倍率的照片。用于觀察PCB的金屬層的均勻性和毛刺情況。
圖：200倍率下通孔照片，可見金屬層比較光滑，通孔工藝也很出色。
PCB的基板都是采用環(huán)氧塑脂板。銅板都選用的99。999%的無氧純銅。高檔和低檔PCB的區(qū)別在生產(chǎn)工藝上，也就是廠家在對(duì)通孔和盲孔的沉銅的控制上，好的通孔和盲孔的沉銅壁的厚度要滿足JEDEC的高頻標(biāo)準(zhǔn)，孔內(nèi)的毛刺的大小和高度等要盡量要少和低。敷銅板上的鍍鎳層的厚度，以及它們之間的粘著性的強(qiáng)度都決定了好的PCB和質(zhì)量差的區(qū)別。
從我們對(duì)PCB的切片上我們可以看見PCB層于層之間的通孔的連接，以及每一層的銅薄層都很均勻沒有出現(xiàn)毛次等問題，并且每層的厚度都滿足JEDEC標(biāo)準(zhǔn)中高頻率內(nèi)存的要求。
一些做工不好，工藝控制不好的PCB生產(chǎn)廠生產(chǎn)出來的PCB，在最初出廠的時(shí)候使用上都沒什么問題，但隨著時(shí)間的推移，通孔沉銅工藝控制不好的廠，生產(chǎn)的PCB的通孔在長時(shí)間的通電的情況下，電流經(jīng)過該處，引起發(fā)熱、氧化，就很容易出現(xiàn)斷裂，從而引起產(chǎn)品的不良，這就是部分內(nèi)存在開始使用的時(shí)候很不錯(cuò)。 但長期時(shí)候后電腦出現(xiàn)死機(jī)、藍(lán)屏的原因之一。
綜上所述，PCB對(duì)客戶的使用中都起著關(guān)鍵的作用。對(duì)每一批PCB，我們均作出如此的切片檢查，保證PCB的質(zhì)量穩(wěn)定可靠。
電路設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)：正常情況下，DDR2 的PCB都采用六層板設(shè)計(jì)的，而為了穩(wěn)定和超頻性，采用八層板就是更好的選擇，由于多了兩層銅箔面，工程師在設(shè)計(jì)的時(shí)候，走線就相對(duì)容易很多，在考慮干擾，散熱等等因素的時(shí)候，就更容易處理，最后設(shè)計(jì)出來的東西，也就相對(duì)六層的PCB在使用中，電氣性能要好很多。
但為了保證性能的提升，八成PCB在制作、生產(chǎn)的時(shí)候，工藝的控制和制作的難度就加大了很多，從而造成了生產(chǎn)成本的提升，八層板相對(duì)六層板來說，成本就提高了 20-30% 。
圖：此圖是DDR3的PCB的，未貼裝顆粒和元件前的表面層。
熱穩(wěn)定性設(shè)計(jì)：我們知道，電子產(chǎn)品的損壞實(shí)際上熱損壞，也就是電子的遷移過程中，引起產(chǎn)品發(fā)熱，最后導(dǎo)致電子不可還原性，而引起產(chǎn)品損壞。并且熱穩(wěn)定性，在產(chǎn)品正常長時(shí)間使用中也占有很重要的地位，我們知道，電子產(chǎn)品的工作溫度是有一定的限制的，電子產(chǎn)品在25℃左右是工作最穩(wěn)定的。而我們的內(nèi)存在使用的時(shí)候由于大量的數(shù)據(jù)的交換，會(huì)引起IC顆粒的溫度迅速上升，如果單靠IC顆粒表面的空氣的對(duì)流來散熱，不能很快的將熱量散發(fā)出去。如果我們能增加IC表面的散熱面積的話，就很容易將IC顆粒表面的熱量散發(fā)出去了。
為此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)游戲內(nèi)存的時(shí)候，為我們的內(nèi)存增加了純鋁的散熱片，幫助內(nèi)存散去多余的熱量。根據(jù)我們的測試，內(nèi)存在沒增加散熱片的時(shí)候，IC顆粒表面的溫度高達(dá) 56℃， 而加上我們專用的散熱片后，溫度降到 44-50℃之間。根據(jù)我們工程大量的試驗(yàn)的結(jié)果可以減少死機(jī)50%的機(jī)會(huì)。
焊接原料和SPD調(diào)教：由于現(xiàn)在世界都在推行環(huán)保，為響應(yīng)這個(gè)對(duì)地球有保護(hù)做用的措施，我們公司所有的產(chǎn)品均采用了無鉛的工藝進(jìn)行生產(chǎn)。從錫膏的采用，到包裝材料的運(yùn)用都采用的是環(huán)保料。 而這些環(huán)保料的選取，相比比不采用環(huán)保料在生產(chǎn)成本上提高30%。內(nèi)存的原材料，從錫膏、 被動(dòng)元件(電阻，電容) 、IC顆粒、PCB 以及生產(chǎn)過程中，都采用的是無鉛的材料。
內(nèi)存的SPD調(diào)教方面，SPD的編寫過程都是經(jīng)過不同IC的參數(shù)設(shè)置根據(jù)國際JEDEC標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行編寫的。在內(nèi)存里機(jī)CL越高則表示延遲時(shí)間越久，同頻率的內(nèi)存CL值越低就表示性能越好。比如說：DDR2 800的產(chǎn)品中: CL為: 4-4-4的就比 CL:5-5-5的更好。不過內(nèi)存實(shí)際參數(shù)要比我們通常說的CL值或者BIOS中調(diào)節(jié)的值多得多，怎樣在這些數(shù)據(jù)中取得最優(yōu)異的成績是各個(gè)廠家的技術(shù)機(jī)密。我們?cè)谶@方面也有獨(dú)到之處，在本文中就不詳加表述了。
● 檢測，絕對(duì)不允許任何不合格產(chǎn)品上市
內(nèi)存的檢測一向是玩家們不太熟悉的方面。一款內(nèi)存上市之前的檢測需要哪些步驟？都要做哪些工作？金泰克的工程師又是怎么做的呢？
◎ 金泰克資深工程師代濤研發(fā)手記節(jié)選（三）：比較獨(dú)特的最嚴(yán)格檢測
對(duì)于我們的內(nèi)存檢測，我是持矛盾態(tài)度的。檢測過于嚴(yán)格，意味著報(bào)廢品過多，成本上升，老板看到財(cái)務(wù)報(bào)表肯定不太高興，對(duì)我的工作業(yè)績也有比較大的影響。但是如果檢測稍微放松，或者和普條一樣檢測，那么意味著玩家的更多的金錢付出沒有得到效益，對(duì)整個(gè)產(chǎn)品品牌也有影響。在這種情況下，金泰克還是決定啟用最嚴(yán)格的檢測方案來保證產(chǎn)品的質(zhì)量。
通常情況下，內(nèi)存的檢測步驟分別是先進(jìn)性外觀測試，接下來是品質(zhì)測試，最后才是兼容性測試。我們先從最普通的方法說起。
外觀檢查：工廠通過AOI的設(shè)備,對(duì)少料,缺料的內(nèi)存撿出。
品質(zhì)測試：品質(zhì)測試，穩(wěn)定性測試，電氣性能測試。軟件除了一些測試電氣性能的儀器和專業(yè)的平臺(tái)外，在模擬平臺(tái)上使用了為比較流行的MEMTEST測試軟件
兼容性測試：兼容性的測試主要是進(jìn)行上機(jī)測試，主要通過一些專業(yè)測試軟件進(jìn)行測試分析。除了這些專業(yè)性軟件外，為了模擬用戶真實(shí)的使用環(huán)境，對(duì)一些運(yùn)算量較大的游戲、軟件，像《優(yōu)品飛車》、《3DMark》系列等都必須驗(yàn)證通過（值得一提的是《魔獸爭霸》對(duì)內(nèi)存非常敏感，是玩家檢測兼容比較方便的游戲）。主板的品牌則囊括了目前市場上幾乎所有熱賣和流通品牌，如華碩、技嘉、微星、映泰、頂星、昂達(dá)、雙敏、磐正、磐英、盈通、華擎等各品牌主板。
兼容性測試實(shí)驗(yàn)室中使用最多的是比較專業(yè)的測試軟件GOLDMEMORY，同時(shí)它也是多通道內(nèi)存配對(duì)兼容性的測試軟件。金泰克在兼容性方面有著比較深厚的功底，長期浸淫于專業(yè)內(nèi)存領(lǐng)域，取得了極為豐富的內(nèi)存兼容性經(jīng)驗(yàn)。特別是我們建立了內(nèi)存專業(yè)兼容性和雙通道搭配兼容性的實(shí)驗(yàn)室，購買大量主板用于兼容性測試，同時(shí)也建立了低溫和高溫實(shí)驗(yàn)室用于內(nèi)存拷機(jī)測試。
其他測試：另外有特殊開發(fā)的測試軟件,對(duì)產(chǎn)品在以上主板上進(jìn)行嚴(yán)格的燒機(jī)測試。來保證產(chǎn)品的品質(zhì)。QA還會(huì)每批次都抽出一部分來,對(duì)該數(shù)量的產(chǎn)品進(jìn)行長時(shí)間的老化、燒機(jī)測試。老化測試是《3DMark》和《GOLDMEMRY》這兩款測試軟件。
除此之外，每家MODULE廠會(huì)自己開發(fā)專用的測試軟件來測試內(nèi)存,我們公司就開發(fā)的有綜合《MEMETEST》和《RST PRO》的特性的專用測試卡來測試內(nèi)存。
金泰克從2007年底就開始籌劃游戲版內(nèi)存工作，包括建立相應(yīng)的測試實(shí)驗(yàn)室，以及整個(gè)產(chǎn)品的規(guī)劃等花費(fèi)了接近100萬元人民幣之多。從游戲版內(nèi)存立項(xiàng)開始，金泰克先后走過了如下流程：產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求→設(shè)計(jì)PCB(根據(jù)IC) →生產(chǎn)打樣PCB→顆粒采購→樣品制作→工程測試,分析→修改設(shè)計(jì)方案→再次打樣板→工程分析→測試樣品→品質(zhì)部測試→老化樣品→樣品驗(yàn)證OK→小批量投入生產(chǎn)→QC大規(guī)模的測試→工程分析QC測試報(bào)告→大批量生產(chǎn)→工程,QC,QA跟進(jìn)測試、分析→市場宣傳→產(chǎn)品銷售
以上總計(jì)20個(gè)步驟，耗費(fèi)時(shí)間從2007年11月計(jì)算，至今1年零4個(gè)月，金泰克投入巨資打造游戲版內(nèi)存。
至此，一款游戲版內(nèi)存研發(fā)完成。
編后語：由于部分內(nèi)容比較敏感（設(shè)計(jì)廠商機(jī)密），本文只是節(jié)選了一部分工程師的研發(fā)手記并加以整理。為了方便大家閱讀，我們加入了一些文字用于串聯(lián)整個(gè)文章和思路。玩家可以看出，正規(guī)廠商的內(nèi)存產(chǎn)品從研發(fā)開始到最后銷售，耗費(fèi)時(shí)間之多，研發(fā)費(fèi)用之大，令人難以想象。在市場為導(dǎo)向，玩家為導(dǎo)向的今天，金泰克這種扎下心來研發(fā)內(nèi)容，真真實(shí)實(shí)為消費(fèi)者提供高品質(zhì)產(chǎn)品的精神值得我們敬佩。目前，金泰克的游戲版內(nèi)存已經(jīng)全面鋪開，等待上市中?！?
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