DDR4內(nèi)存性能的飛躍

一些數(shù)字可以讓我們更深入地了解DDR4內(nèi)存，第一個數(shù)字是32億，DDR4內(nèi)存每秒傳輸32億次。雖然用于個人電腦的第一個模塊傳輸速率將只有2 133MHz，但是目前用于個人電腦的DDR3模塊傳輸速率最快的也只有1 066MHz。這意味著，DDR4內(nèi)存的速度起碼是速度最快的DDR3內(nèi)存的兩倍。其次，DDR4內(nèi)存的存儲容量將大幅提升，模塊的最小容量的內(nèi)存將會是4GB。而更重要的是，在內(nèi)存性能大幅提升的同時，工作電壓與功耗將會降低。

為了實現(xiàn)這種性能的飛躍，負責制定內(nèi)存標準的電子設備工程聯(lián)合委員會（JEDEC）對模塊進行了大幅度的修改。第四代內(nèi)存模塊將有更多的引腳，以確保內(nèi)存與主板的連接能夠滿足更高傳輸速度的需求，并且每個DIMM（Dual In-line Memory Module，雙列直插內(nèi)存模塊）都有直接連接到CPU控制器的線路，以防止從CPU傳輸數(shù)據(jù)到內(nèi)存時出現(xiàn)延遲而造成瓶頸的產(chǎn)生。

不過，通過這種點對點的技術取代現(xiàn)有的多點總線，每一個內(nèi)存通道將只能夠支持一個內(nèi)存模塊。因而，DDR4內(nèi)存需要新的CPU控制器而無法在現(xiàn)有的主板上使用。預計2014年年底，英特爾將推出第一個使用DDR4內(nèi)存的高性能CPU的Haswell。不過，低價位的個人電腦DDR4內(nèi)存不會在2015年前推出，有可能需要等到2015年英特爾推出Haswell接班者Broadwell的時候。

DDR4 Bank的秘密

DDR4的大部分創(chuàng)新都涉及到它的內(nèi)部結(jié)構，一個DIMM由一組控制器控制的內(nèi)存芯片組成，而Bank（內(nèi)存庫）是芯片內(nèi)部的核心單元，內(nèi)存性能的好壞完全由數(shù)據(jù)讀取或?qū)懭霑rBank的表現(xiàn)決定。在每次讀取或?qū)懭脒^程中，Bank將打開一個字線，所有連接的晶體管將不再有電荷，晶體管的電荷對應一個數(shù)據(jù)位，數(shù)據(jù)將通過位線的信號放大器進行重寫。在DDR4中Bank的處理速度更快也更充分，因為DDR4一個字線的字節(jié)比DDR3要少。這種速度上的提升是可以測算的，tFAW（DRAM Four Active Window）負責定義激活字線的間隔時間，在DDR4模塊中，tFAW是20ns（納秒），而相同尺寸的DDR3內(nèi)存是40ns（納秒）。

DDR4字線的長度已經(jīng)減少到DDR3的四分之一，但其數(shù)量增加了一倍，因此，Bank的數(shù)據(jù)量只有DDR3的一半。但是另一方面，DDR4芯片的Bank數(shù)量是DDR3的兩倍，并且它們可以集結(jié)成組：每一個Bank組包含4個Bank。在Bank組的架構下允許Bank的數(shù)據(jù)快速傳輸?shù)脚R時存儲（預取）單元，最終傳遞到數(shù)據(jù)總線。這種傳輸使新一代的內(nèi)存變得越來越復雜，DDR2時代位線信號放大器的工作時鐘頻率最大為266MHz，為了實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率，制造商提高了內(nèi)存的并行處理能力，一個DDR2內(nèi)存芯片可以并行從4個Bank收集數(shù)據(jù)，DDR3內(nèi)存可以從8個Bank捕獲預取數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)更高的時鐘頻率傳輸數(shù)據(jù)，而DDR4如果也將并行處理的能力增加一倍，那么這將需要更寬的數(shù)據(jù)總線。JEDEC為了避免出現(xiàn)這種情況，并沒有增加芯片預取的數(shù)量，相反，通過Bank組的方式處理預取數(shù)據(jù)，確保在大幅度提升時鐘頻率的同時數(shù)據(jù)總線的寬度保持不變。

耗電少、更穩(wěn)定

DDR4還將具備一些新的功能，可以降低其電力需求和提高其可靠性。首先，毫無疑問，較短的字線將有助于節(jié)約能源，因為它需要更少的能量來激活。這使得DDR4的工作電壓可以從DDR3的1.5V（伏）降低到1.2V，此外，其內(nèi)存芯片有一個獨立的電源，必要時可以將工作電壓提升到2.5V。

與此同時，DDR4模塊還能夠動態(tài)地調(diào)整其刷新頻率，與閃存不同，內(nèi)存模塊的RAM單元不能永久地保存其內(nèi)容。存儲其中的內(nèi)容需要定期進行刷新，這個刷新間隔取決于工作溫度，最慢是64ms（毫秒）。DDR3中刷新間隔是被精確定義的固定值，而DDR4則可以根據(jù)工作的溫度靈活地調(diào)整刷新間隔，以達到節(jié)約能源的目的。不要小看這一細微的差異，與DDR3相比，僅此功能DDR4已經(jīng)減少了20%的能源需求。而總體上，根據(jù)JEDEC的介紹，節(jié)省的電力大約在30%～40%之間。

另一項改變是DDR4集成了錯誤檢測和校正功能，可以比DDR3更快速地執(zhí)行錯誤檢測和校正。還有另外一項面向未來的功能，那就是DDR4標準中目前無人實施的芯片堆疊功能，在此功能的支持下，制造商可以堆疊RAM單元多達8層，極大地增加了內(nèi)存的存儲密度，允許存儲單元容量達到512GB。不過，以目前的技術，這將會是一個巨大的模塊，比市場上最新的固態(tài)硬盤還要大。endprint