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內存條DDR3 DDR4的性能差距 ddr4和ddr3的區別

電腦裝機員小李整理編輯2019-04-16【硬件】

說到內存DDR4大家都已經用了好幾年了,DDR5相關規范也已經起草,它的支持已經在視線可及的地平線上。今天就從DDR4到底比DDR3強在哪里,也說說ddr4和ddr3的區別,另外還說說DDR5又有些什么特性可以期待。


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DDR3和它的先輩們

可以說DDR4是DDR系列從SDRAM脫胎以來,變化最大的一次。為什么這么說呢?如果我們看DDR3和它的前輩們的演變關系:

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注意我紅框標出的DRAM的核心頻率基本不變,傳輸速度的提高是通過增加prefetch的位數(黃框)來做到的。例如同樣是100MHz的核心頻率,SDRAM一周期取一次,它和內存控制器的速度是100M T/s(這里的T是傳輸的意思);DDR上升沿下降沿各取一次,相當于2次prefetch,Bus速度變成200;DDR2變成4n prefetch,Bus speed變成400;DDR3,照此辦理,8n帶來了800。

DDRx的核心頻率一直維持在100Mhz到266MHz的水平上,每代速度的提升都是靠倍增Prefetch的個數來達到的。我們看DDR2和DDR3的對照表:

內存條DDR3 DDR4的性能差距 ddr4和ddr3的區別3

DDR2,注意看Clock rate。(來源wikipedia)

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DDR3,注意看cell array clock(來源wikipedia)

這么做有什么好處嗎?當然最重要的是降低成本和省電了。如果看看內存顆粒里面的結構:

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DDR2,4n prefetch

和外部Bus速度相同的是紫色部分(front end),而大片白色的部分(back end)都是工作在核心頻率下,也就是100~266HMz下。低速帶來了兩個好處:

1.低頻漏電流小,功耗低。

2.工藝簡單,可以大規模堆量。

聰明的工程師從DDR開始不停的倍增prefetch,帽子戲法一而再,再而三上演,DDRx的外部總線帶寬穩步提升,成本卻提高不大,兩全其美,太棒了。直到DDR4,這個故事不能夠繼續上演。

DDR4來了

DDR4當然和前代每次變化一樣,降低了電壓;增加了地址線Ax,所以可以支持更大容量。除此之外,有個明顯的不同變化,prefetch的變化停止了。

DDR4和DDR3一樣,只有8n的prefetch,但為了提升前端Front End的總線速度,不得不在核心頻率上動起了手腳:

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DDR4,來源wikipedia

核心頻率不在徘徊在100~266HMz,直接200起跳,到400Mhz。因為核心頻率提高,8bit的prefetch不變,總線速度才得以提升。

現在我給大家留一個思考題,為什么DDR3之前可以不停提高prefetch,而DDR4卻不行了。

DDR4還有個巨大且很有意思的改變,也和效能有關。那就是Bank Group:

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隨著Bank Group還帶來了兩個新Timing:tCCD_S和tCCD_L。CCD代表“Column to Column Delay”。S是Short,L是Long。每個Group都可以單獨工作,一次完整的8n prefetch不需要等待另一個group,所以是短的delay,也就是tCCD_S,一般是4。Group內部,每次都要等待一個更長的時間,也就是tCCD_L,tCCD_L隨不同頻率各不相同。

如果我們的數據十分湊巧,都分布在不同的group中,Bank Group會帶來巨大的性能提升。最好情況下,2個bank group和16n prefetch的提升一樣,4個bank group和32n prefetch一樣。如果我們的數據剛好都在一個bank group中,頻率又十分高,最壞情況,bank group不會帶來任何好處。借助Bank interleave,我們的實際情況一般在最好和最壞之間。

DDR4借助核心頻率的提升和bank group,性能提升不少。即使PC4-12800和PC3-12800相比,無論功耗和性能,都有不少提高。

DDR5會帶來什么?

DDR5的標準尚未公布,據悉會進一步降低電壓,這當然是拜現在芯片工藝提升所賜。另外prefetch會進一步從8n prefetch變成16n prefetch。

有同學會問了,你剛才說了DDR4不能從8n變成16n,是碰到了巨大的問題。為什么DDR5又沒有問題了呢?因為協議沒有公布,等公布后我們再來回顧這個問題。

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