DDR内存家族演进史

随着CPU主频大战的打响,主流CPU的性能越来越强,同时也对内存性能提出了更高的要求,曾经的SDRAM很难再满足日益增长的CPU性能,而搅局者RDRAM(飘哥会在下个礼拜再和大家仔细聊聊它)又实在太贵,于是DDR内存终于来到了台前。


DDR的意思即是双倍传输速率,与原本的SDRAM最大的差别就在于SDRAM只有在时钟振幅往高点走的时候才会进行资料传输,而DDR则是在上下行都进行资料传输,这样也就是说其传输速率可以相对于SDRAM翻番了。因此我们熟知的DDR内存的频率其实是指其等效频率,比如说DDR 400,其运行速度实际上为200Mhz,但性能其实是SDRAM 400Mhz时的水准。




那么问题来了,为啥要这样做而不是去提升SDRAM的频率呢?


原因很简单——提不上去了。由于DRAM的原理限制,一般来说提升到166Mhz之后SDRAM的频率就很难进一步提升了,其实即使到了今天,DDR3、DDR4的实际频率最高也不过300出头而已。


除此之外,奔腾4处理器还提供了对双通道DDR内存的支持,因此在搭配支持双通道内存的主板时,内存读写速度是可以翻倍的,这一点也在之后的平台成为了标配。当然双通道并不是DDR先开始有的,而是RDRAM,不过关于RDRAM,我们下周再聊。




DDR2| 绝对主流


时间来到了2004年,AMD的速龙64处理器引领着整个PC业界来到了一个新的时代,内存也随即来到了DDR2的时代。



DDR2顾名思义是第二代DDR内存,其绝大多数功能都和DDR内存差不多,主要的不同在于其预取翻番,也就是说它的I/O频率比DDR翻了一番,这就造成DDR2在相同频率下速度相较于DDR又翻了一番,也就是说同样是200Mhz的实际频率,DDR2的等效频率就可以达到800Mhz,可以有效地提升传输速率,与此同时,电压也从DDR的2.5V降至1.8V,降低了功耗。




不过DDR2也带来了更高的CL值,DDR时代的CL值一般是2或者3,而到了DDR2时代,这个数字就变成了4或者5。而且从DDR2开始,BGA封装方式取代了TSOP封装方式成为了主流,因此服务器上采用的REG ECC内存就可以放心堆叠内存颗粒以提升容量,而不用担心PCB不够用了。




DDR2内存的主流频率一直从533Mhz起跳到后期的800Mhz。而一些1066Mhz的默认超频内存也存在在市场上,成功见证了处理器从单核主频大战到多核效率为王的转变,直到Core i系列和AMD FX系列问世之后才算是结束了它的使命。直至今日,它还在很多人的电脑里面发光发热,可以说是生命力非常顽强的一代内存条了。


而且期间由于微软Windows Vista的不景气,使得内存颗粒一度价格跳水,最便宜的时候2GB DDR2 667内存降到过99元的低位,那个时候的单条2G基本就相当于现在的单条8G,价格之低可见一斑。正因如此,当年倒闭了相当多一批内存晶圆厂,可以说后来三星、HY逐渐的垄断和DDR2时期的内存市场有着莫大的关联。

DDR3| 效率为王


随着第一代Core i7带着三通道内存问世,人们发觉到内存的带宽又不够用了,于是内存终于走向了前台。


不用说,DDR3相比于DDR2,更快、更省电,其预取再次翻番,以至于其I/O频率相较于DDR2也再次翻番,也就是说它的等效频率再次翻番。而在高频的同时,DDR3的CL值进一步升高,DDR3 1600的CL值一般在9-11左右,相较于DDR2基本翻了一番,不过由于DDR3内存的频率很高,所以延迟仍然控制在一个较为理想的范围内,更何况后期还有相当多可以上2400+甚至直冲3000的高频DDR3内存,所以整体来说DDR3的性能是非常强悍的。

另一点比较重要的改进则是针对在架构上面的改进。内存控制器与内存模组之间的通讯方面,以往的DDR、DDR2内存是使用“T型拓扑”的方式,而DDR3内存则改用了“Fly-by”架构,具体的不同可以自行参考下面的示意图。不过这种架构虽然可以减少总线的负担,但同时也导致了不同位置的颗粒延迟不尽相同,不过到底还是利大于弊的。


除了这些改进之外,DDR3主要的改进都集中在跟省电相关的部分上。但由于飘哥并不关心地球上的二氧化碳排放量,所以这一部分就按下不表了。


值得注意的是,到了2013年左右,低电压版本的DDR3L(1.5V降压到1.35V)逐渐出现在了市场上,尽管理论上其和DDR3完全兼容,但其实六代酷睿平台是很难使用标压DDR3内存的,强行使用更有着损坏内存控制器的风险。(不过六代的时候,DDR4已经开始占据主流市场了)。


DDR4 | 比快更快



和前几代DDR不同,DDR4仍然沿用了DDR3的预取设计,并未翻倍,那么难道DDR4的传输速度就不提升了?那当然不OK。


虽然预取设计沿用DDR3的8n,但这次DDR4在颗粒的Bank上动起了脑筋,将Bank区分成了数个不同的群组,以每个Bank为单位,像以前一样进行8n的预取,这样就可以继续提升频率了。


除此之外,DDR3采用的“Fly-by”架构也继续得到了延续,而总线则由以前的多重分支变成了点对点的形式,也就是说每一根内存都有一个专用的快速通道,这就进一步提升了性能。


而外观方面,DDR4相较于之前的DDR内存也有了一点微小的变化,细心的你可能已经发现了,这货的金手指居然弯了……


其实这是DDR4的标准规定,目的是让安装时的摩擦力减小,防止因为施力不当使得内存没装好然后导致故障这种惨剧发生。


DDR4内存的频率由1600起跳,不过现在4600+的型号也已经面世了,可以说性能相较于以往是有很大的提升的,不过DDR5离面世也不是很远了,也许接下来就该看看DDR5内存会给我们带来什么样的惊喜了。


最后放上一个四代DDR内存规格的总结表来结束这一期的科技年轮吧。下一期飘哥会跟你聊一聊最没有存在感的内存——RDRAM内存。那么,下个礼拜五我们再贱~




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