ddr4内存全面解析

ddr4内存全面解析

其次,DDR4内存的金手指本身设计有较明显变化。金手指中间的“缺口”也就是防呆口的位置相比DDR3更为靠近中央。在金手指触点数量方面,普通DDR4内存有284个,比DDR3的240个要多,每一个触点的间距从1毫米缩减到0.85毫米,因此长度基本不变。笔记本电脑内存上使用的SO-DIMMDDR4内存有256个触点,触点间距从0.6毫米缩减到了0.5毫米,长度相比触点只有204个SO-DIMMDDR3内存也没有太大的变化。

第三,标准尺寸的DDR4内存在PCB、长度和高度上,也为未来的发展做出了一定调整。由于DDR4芯片封装方式的改变以及高密度、大容量的需要,因此DDR4的PCB层数相比DDR3更多,PCB的厚度也略微增加了0.2毫米。至于在长度和高度上,为了在PCB上容纳双层芯片,因此高度略有增高,长和宽分别增加了0.9毫米和1毫米,达到了68.6毫米长和31.25毫米高。不过仅仅从外观看,不经过仔细对比的话,是不会发现DDR4和DDR3在长宽高上太过明显的区别的。因此DDR4依旧可以使用DDR3的包装材料,这为厂商节约了不少的费用。

DDR4需要在预取数没有改变的情况下,将等效频率从DDR起,短期内提升至DDR4 3200,未来会进一步发展到DDR4 4266及以上。当然,从目前来看,DDR4相比DDR3 1600来说,数据并不太好看,这是因为DDR4标准制定比较早,当时没有预计到DDR3会如此迅速的发展到DDR乃至DDR3 1800和DDR,因此DDR4起点似乎有点低了。不过DDR3发展至DDR以上时,良率严重下降,功耗变高,进一步提升频率变得极为困难。DDR4需要彻底改变这种情况,让频率上升变得更容易。在工艺一定的情况下,频率上升带来的问题也很麻烦,主要是温度变高、工作稳定性降低、信号传输稳定性变差等。这些都是DDR4在高频率运作时需要解决的问题。 目前DDR4成功使用了很多新技术来保证高频率下的稳定性,比如TCSE、TCAR等,此外,DDR4采用了全新的点对点总线,内存设计上使用了3DS技术,随着工艺的进一步进化,DDR4将能够运行在更高的频率上,为未来的计算释放出强大的数据带宽。 内部的“ 多通道”—Bank Group ,在DDR4之前所有的DDR内存中,都没有使用如此大胆的创新设计。DDR在发展的过程中,一直都以增加数据预取值为主要的性能提升手段。但到了DDR4时代,数据预取的增加变得更为困难,继承于GDDR5的BankGroup设计就应运而生了 为了说清楚BankGroup的意义,还得说一些题外话。比如内存的I/O速度和芯片存取速度(实际上这样描述并不足够严谨,但分开来说的确更容易理解)。 将内存拆开来看,实际上内存就是一个自带运输能力的仓库。仓库本身的存储能力和仓库的运输能力是两码事。先定义仓库的存储能力,包含两个方面:存储容量和存取速度;仓库的运输能力则定义为如何尽可能快地将数据传输到外部。如果要建立一个高速的仓库,需要同时满足两个方面的条件:首先是仓库本身将货物从库房中存取的速度要足够快,其次是这些货物可以很快地运输到外部。在DDR上,使用了2bit预取,相当于库房每次可以存取2件货物,同时DDR数据总线可以同时存或者取货物(SDRAM同时间内只能发或者收,因此相对速度慢了一倍)。在DDR3上,仓库运输能力随着频率而大幅度提升,以DDR为例,仓库的运输速度(I/O总线时钟频率)达到了800MHz,每个时钟周期可以同时收发数据,恰好满足仓库本身200MHz、8n预取带来的1600MT/s数据流量。 继续提升仓库的存取速度遇到了难题,预取在已经达到8n的情况下难以进一步提升。业内专家想出了新的办法:针对目前一个仓库只配备一个内部存取中心的做法,如果将一个大仓库分拆开来,分为两个或者四个小仓库,为每个小仓库都配备一个内部存取中心的话,会怎么样?当数据来临时,会被分为两份或者四份分别存入这四个小仓库,这相当于直接将速度提升了两倍到四倍之多。 GDDR 5就是这样做的。它在内部设计了Bank Group架构,每个BankGroup可以独立读写数据,这样一来内部的数据吞吐量大幅度提升,可以同时读取大量的数据,内存的等效频率在这种设置下也得到巨大的提升。 如果内存内部设计了两个独立的BankGroup,相当于每次操作16bit的数据,变相地将内存预取值提高到了16n,如果是四个独立的BankGroup,则变相的预取值提高到了32n。与之而来的代价是内存内部设计上的复杂性增加,但好处也同样明显,那就是延迟不会有太明显的提高。因为这样的技术只是将内存内部的结构做出优化设计,并没有直接提升最根本的数据预取值,相当于组建了内存内部的多通道,预取值理论上和之前的设计完全一样。 事情还没结束,问题又来了:仓库本身在拆分后,仓库数据存储能力大大提高,那么运输速度呢?如果I/O总线的速度不能大幅度提升,空有仓库的运转能力但运输跟不上也是一场空。在GDDR4上,虽然提升了预取值到8n,但是I/O总线没有彻底更新,和GDDR3的总线相当,因此最终存取速度没有什么革命性的变化,还带来了高频率和高功耗的困扰,终究功亏一篑。GDDR5在这方面做得很出色,一条路不够就修两条,GDDR5设计了两条I/O总线,每时钟周期可以同时收发4次数据,双I/O总线带来了GDDR5传输能力和等效频率的大幅提升。

言归正传,DDR4是怎样做的呢?DDR4也采用了BankGroup技术,内部可以支持2个或者4个Group,能够同时对这些Group进行操作。就像上文描述的那样,BankGroup带来了DDR4内部数据传输能力的大幅度提升,让DDR4在物理频率没有太大提升的情况下能大幅度提升数据存取能力。在I/O总线的配置上,目前暂时没有资料说明DDR4是否使用了类似GDDR5的双总线传输,不过很显然的一点是,DDR4频率提升的空间很大,如果没有解决I/O总线的传输问题,肯定不会有如此幅度的性能提升。

总的来看,凭借BankGroup的设计,DDR4获得了非常大的发展空间,这是技术型产品需要长期发展不可或缺的重要内容。只有在未来有持续的发展空间,DDR4才能在3~5年中对未来计算带宽提供足够支持。

DDR4目前在DIMM中使用较多,基本上采用并行。

DDR4的新特点在于以下两点:

1,8位预读取,外部时钟频率是内部的8倍,数率最高可达3.2G

2,内核电压为1.2v

长度要求:

1,数据线<2500mil

2,数据线误差+/- 5mil1

3,地址线误差 +/- 25mil

4,信号实际长度应包括零件管脚的长度(否则反影响时序)

DDR5目前在显卡使用较多,严格来说,应称为GDDR5,并不是严格意义上的DDR5

如果不是专业骨灰级图级处理工作,没必要选用GDDR5的显卡,毕竟钱包也是要考虑的。

GDDR5采用串行高速差分,布线要求更加变态,差分线基本上都尽可能进行立体包地处理。

千万别混淆DDR5和GDDR5完全不是一回事。

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