Bộ nhớ động chứa dữ liệu bên trong một mảng gồm nhiều tụ điện nhỏ. Bộ nhớ DDR truyền được 2 bit dữ liệu với mỗi chu kỳ từ mảng bộ nhớ tới bộ đệm I/O bên trong bộ nhớ . Quy trình này gọi là Prefetch 2-bit. Trong DDR2, đường dữ liệu bên trong này được tăng lên tới 4-bit và trong DDR3 là 8-bit. Đây chính là bí quyết giúp DDR3 hoạt động được ở tốc độ xung nhịp cao hơn DDR2, và DDR2 cao hơn DDR. 

Xung nhịp mà chúng ta đang nói đến là tốc độ xung nhịp ở “thế giới bên ngoài,” có nghĩa là trên giao diện I/O từ bộ nhớ, nơi mà bộ nhớ và mạch điều khiển bộ nhớ liên lạc với nhau. Tuy nhiên bên trong thì bộ nhớ làm việc hơi khác một chút. 

Để hiểu rõ hơn điều này hãy so sánh một chip bộ nhớ DDR-400, chip bộ nhớ DDR2-400 và Chip bộ nhớ DDR3-400 (cứ giả sử rằng bộ nhớ DDR3-400 có tồn tại). 3 chip này bên ngoài hoạt động ở tốc độ 200 MHz, truyền 2 bit dữ liệu mỗi chu ky, đạt tốc độ ngoài như thể đang hoạt động ở 400 MHz. Tuy nhiên bên trong, chip DDR truyền được 2 bit từ mảng bộ nhớ đến bộ nhớ đệm I/O, vì thế để khớp với tốc độ giao diện I/O, đường dữ liệu này phải hoạt động ở 200 MHz (200 MHz x 2 = 400 MHz). Do trong DDR2 đường dữ liệu này được tăng từ 2 lên 4 bit nên nó có thể chạy ở tốc độ bằng một nửa tốc độ xung nhịp nhằm đạt tốc độ y hệt  (100 MHz x 4 = 400 MHz). Với DDR3 cũng vậy: đường dữ liệu được tăng gấp đôi lên 4 bit, vì thế nó có thể chạy ở tốc độ xung nhịp bằng một nửa so với DDR2, hoặc chỉ bằng ¼ tốc độ xung nhịp của DDR, và cũng đạt tốc độ như vậy (50 MHz x 8 = 400 MHz).

 Hình 5: Prefetch dạng n-bit

Việc nhân đôi đường dữ liệu bên trong sau từng thế hệ đồng nghĩa với việc mỗi thế hệ bộ nhớ mới có thể có chip với tốc độ xung nhịp tối đa gấp đôi so với thế hệ trước đo. Ví dụ 3 bộ nhớ DDR-400, DDR2-800 và DDR3-1600 đều có cùng tốc độ xung nhịp bên trong bằng nhau (200 MHz).

Điểm đầu cuối trở kháng

Với bộ nhớ DDR, điểm cuối trở kháng có điện trở đặt trên bo mạch chủ, còn trong DDR2 và DDR3 thì điểm cuối này nằm bên trong chip bộ nhớ -- ngôn ngữ kỹ thuật gọi là ODT ( On-Die Terminal ) .

Việc này nhằm mục đích giúp tín hiệu trở nên “sạch hơn “ – ít bị nhiễu hơn do hạn chế tín hiệu phản xạ tại những diểm đầu cuối . Trong hình 6 bạn có thể thấy được tín hiệu chạm đến chip bộ nhớ. Bên tay trái là những tín hiệu trên một hệ thống sử dụng điểm cuối ở bo mạch chủ ( bộ nhớ DDR ), còn bên tay phải là tín hiệu trên một hệ thống sử dụng ODT (bộ nhớ DDR2 và DDR3). Và rõ ràng tín hiệu bên phải sẽ trong hơn và ổn định hơn bên tay trái. Trong ô màu vàng bạn có thể so sánh chênh lệch về khung thời gian – tức thời gian mà bộ nhớ cần đọc hay ghi một phần dữ liệu. Khi sử dụng ODT, khung thời gian này sẽ rộng hơn, cho phép tăng xung nhịp bởi bộ nhớ có nhiều thời gian đọc hoặc ghi dữ liệu hơn.  

Hình 6: So sánh giữa điểm kết trên bo mạch chủ và ODT.

Khía cạnh hình thức bên ngoài

Cuối cùng ta sẽ đến với sự khác biệt về thiết kế bên ngoài. Mỗi chip bộ nhớ đều được hàn trên một bo mạch vòng gọi là “module bộ nhớ.” Module bộ nhớ cho từng thế hệ DDR có sự khác nhau về thông số  và bạn không thể cài module DDR2 lên khe cắm DDR3 được. Bạn cũng không thể nâng cấp từ DDR2 lên DDR3 mà không thay thế bo mạch chủ và sau đó là CPU, trừ khi bo mạch chủ của bạn hỗ trợ cả khe cắm DDR2 và DDR3 (hiếm đấy). Với DDR và DDR2 cũng vậy. Module DDR2 và DDR3 có cùng số chạc, tuy nhiên khe cắm nằm ở vị trí khác nhau.   

Hình 7: Khác biệt về điểm tiếp xúc giữa DDR và DDR2

 Hình 8: Khác biệt về tiếp xúc góc giữa DDR2 và DDR3.

Tất cả các chip DDR2 và DDR3 đều đóng gói kiểu BGA, còn DDR thì đóng gói kiểu TSOP. Có một số chip DDR đóng gói kiểu BGA (như của Kingmax), nhưng không phổ biến cho lắm. Trong hình 9 là một chip TSOP trên module DDR, còn hình 10 là chip BGA trên module DDR2.  

 Hình 9: chip DDR gần như lúc nào cũng đóng gói kiểu TSOP

Hình 10: DDR2 và DDR3 đóng gói kiểu BGA.