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甩开CPU，内存开始超速行驶--04年内存综述 DDR SDRAM作为PC系统内存在整个2004年度内处于绝对主导地位，并且也发展到了极致。DDR SDRAM的成熟度和市场生存期将能够和SDRAM比肩，这种和RDRAM竞争获胜的市场角色是性能和成本的良好综合体，在内存带宽还未成为阻碍CPU发挥性能的条件下，任何想要取代这种规格的新产品都将面临极为严峻的挑战，我们所指的正是DDR2，本文将回顾年度内存规格、产品发展历程并对下一年度的走势做出分析。 主流内存技术回顾 关于内存以及两种“古董”类型 所谓内存，是在PC系统内外部存储器相对应的概念，CPU在运行时需要在外部存储器上读取/保存数据，而其超高的运行速度比存在机械结构的光、磁介质外部存储器速度高出n个数量级，内存就是为了缓冲这两者之间的数据传速而存在的，它将根据CPU发出的指令载入、刷新数据，通过主板芯片组同外部存储器以及通过高速缓存同CPU打交道，在PC系统中扮演着极其重要的角色。本文所述的内存定义范围仅限于PC系统，这些内存都属于DRAM（Dynamic Random Access Memory）动态随机存取存储器，共同的特点是不能长期存储数据，掉电之后将被清空。在市场上销售并还被我们使用的内存大致分为4种：SDRAM、RDRAM、DDR SDRAM和DDR2 SDRAM。 SDRAM（Synchronous DRAM）：同步动态随机存取存储器，从Pentium处理器中后期进入市场，配置成64bit位宽、3.3V工作电压、168pin的内存模组，官方速度规格分为PC66、PC100和PC133三种，其中最快的PC133内存模组可以提供1GB/s的内存带宽，应付当时的Athlon需求已经成为系统瓶颈，但由于Intel最初对DDR SDRAM持否定态度，PC133 SDRAM甚至还在早期的Pentium4系统中被使用。SDRAM发展末期有一些非标准型的产品出现，部分厂商推出了PC150和PC166的SDRAM，这种内存模组被超频玩家所喜爱，也是今天DDR SDRAM出现大量非标准型产品的早年验证。BGA封装内存颗粒从SDRAM时期开始出现，但TSOP无疑还是的主流。 RDRAM（Rambus DRAM）：曾经是Intel力推的SDRAM内存继任者，它比同期的DDR SDRAM快但也更贵。RDARM名称来自其技术研发公司Rambus，这种内存规格相当先进，PC800 RDRAM使用400MHz运行频率和16bit位宽，基于串行总线，以窄位宽换取高频率；RDRAM的革命性还在于可以在一个时钟周期内的上升沿和下降沿同时传输数据，这样PC800 RDRAM能够提供1.6GB/s的内存带宽，两根模组组成的双通道就达到了3.2GB/s，是同期最快速的内存系统解决方案。RDRAM发展到后期出现了PC1066（533MHz）和PC1200（600MHz）的规格，还有部分芯片组能够支持到4通道配置的RDRAM内存模组实现9.6GB/s的内存带宽，但这样的高性能已经没有用武之地，糟糕的权利金市场策略葬送了有Intel全力支持的大好形势，RDRAM现在已经尽被SIS象征性的在某些实验性的主板芯片组支持了，不过值得欣慰的是，RDRAM部分设计思想被DDR SDRAM借鉴，包括在一个时钟周期内的上升沿和下降沿同时传输数据，和多通道内存模组配置方案。 SDRAM和RDRAM已经基本退出市场，正在销售的主板都无法兼容着两种“老爷”产品，少数还能看到的SDRAM和RDRAM也仅用来给需要升级旧式PC的用户提供出路而以，接下来的将是如日中天的DDR SDRAM。 DDR SDRAM DDR SDRAM（Double Data Rate SDRAM）：这是经典的SDRAM的升级版本，它本身也成为了经典。如其名称所示DDR SDRAM和SDRAM的区别在于能够在一个时钟周期内的上升沿和下降沿各传输一次数据，在相同的运行频率下实现双倍于SDRAM的数据传输率，这种内存也被配置成64bit位宽，但使用2.5V基准电压，标准的DIMM模组是184pin。DDR SDRAM早期被JEDEC规定了三种规格，DDR200、DDR266和DDR333，但在强势的Intel加入之后，DDR SDRAM得到了空前的发展，DDR400规格也在Intel I865/875系列芯片组推出之前得到JEDEC的官方认可。 DDR SDRAM最早是被AMD处理器对应的平台所主推，单通道DDR266内存模组刚好解决了当时133MHz外频EV6总线Athlon处理器的内存带宽需求，虽然这种模组在最开始的时候并不比RDRAM在售价上更有竞争力，但显然它的生产成本低得多（考虑到权利金影响），大规模量产之后表现出的超强市场竞争力迅速收到了成效，直到intel推出支持DDR SDRAM的I845D芯片组，DDR SDRAM和RDRAM的竞争中与尘埃落定。 除了Double Data Rate的引入之外，双通道配置也是DDR SDRAM中后期继续流行的重要因素，这在Intel处理器平台上表现得尤其明显。当intel将pentium4处理器的FSB提升到533MHz的时候，即使是在当时还未成品化的DDR400也无法满足这个超级前端总线的胃口，E7205是intel第一种支持双通道DDR内存的桌面型芯片组，双通道的DDR266内存模组配置根533FSB Pentium4配合良好，达到了和当时旗舰I850E使用双通道PC1066 RDRAM的水平，于是和以FSB 1/2的DDR频率运作的DDR内存可以有效的满足更快的Pentium4处理器了，包括后面的FSB800+双通道DDR400。 DDR SDRAM最精彩的地方在DDR400规格推出之后，在Intel和nVIDIA几款优秀芯片组强悍的超频潜力以及DRAM晶元大厂日趋成熟的高性能DDR SDRAM颗粒支持下，超标准规格的DDR SDRAM如雨后春笋般出现，在接近年底的时候，甚至有了DDR600的极限型号,多家内存晶元以及模组厂商的不断突破纪录，激烈竞争正是2004年内存领域最值得书写的快事，后文产品部分将作详述。 DDR SDRAM仍然大量使用TSOP封装颗粒，BGA和CSP也有出现但所占比例很小，事实证明较旧式的TSOP封装在甚至超频到DDR600（300MHz）都能够满足需求，而各方面都存在优势（除了机械强度）的CSP封装始终没有机会成为主流。 DDR2 SDRAM DDR2 SDRAM：DDR SDRAM的换代产品，这种内存在基本架构方面和DDR SDRAM类似，最大变化在于引进了4bit Prefetch（数据预取架构）来改善内存运行频率。具体实现的方式是用两倍于DDR SDRAM内存的数据预取架构来增强存储单元并行运行能力，在提供相同传输速率的同时降低了存储单元的运行频率，和DDR400内存的200MHz存储单元运行频率相比，DDR2-533内存的存储单元仅运行在133MHz，由于存储单元的频率很难在往上提升，因此DDR400达到了大规模因应用的极限，而DDR2还可以提升存储单元频率来提高DRAM输出频率，最终改善整个内存模组能够提供的带宽。DDR SDRAM还应用前置CAS和附加延迟，在一个前置CAS作业中，一个CAS讯号(读/写命令)可以在RAS讯号输入之后成为下一个时脉的输入。该CAS指令可以在DRAM一侧保持，并在附加的延迟(0、1、2、3和4)之后执行。这样简化了控制器设计，因为它可以避免指令汇流排上的冲突。而且，采用一个简单的指令序列还可以提高指令和数据汇流排的效率。由于在读/写指令之间不存在气泡（bubble)或空隙周期，因此实际的内存带宽也得到提高。 DDR2 SDRAM使用ODT (On-Die Termination)设计，即内建终结电阻。终端暂存器(termination register)就实现在该DRAM晶片之中，可以取消主板上用于减少信号反射的终结电阻器，简化了主板设计，降低设计制造成本。DRAM控制器可以为每个讯号设定终端暂存器的开或关，这些讯号包括数据I/O、差分数据选通讯号和写数据屏蔽。利用ODT就不需要Vtt产生器或Rtt电阻，而且能降低多重反射，提高信号完整性并增加时序裕量。 所有的DDR2 SDRAM内存均采用FBGA（细间距球栅阵列）封装，减少尺寸并提高高频作用下的信号稳定性，这种技术的一个变体是新型的sFBGA（堆叠式FBGA），它增加了各模组之间的空气流动空间因而提高了热性能和可靠性。典型的DDR2 SDRAM内存DIMM模组有240pin，仅为1.8V的工作电压远低于DDR SDRAM的2.5V/2.6V，这使DDR2有大幅低于DDR SDRAM的功耗和发热量。 DDR2 SDRAM的推行在技术上不存在问题，但在市场层面能够迅速被Intel定为主流标准还是相当巨大的事件，因为在桌面系统的架构分析，DDR400是能够完美支持FSB800规格的Pentium4处理器的，除了确立形象的少数FSB1066型号Pentium4，PC并没有急切引进DDR2的需求，事实上这种趋势的直接原因来自服务器平台这一端：DDR2 SDRAM具有高数据速率、低功耗以及高密度特点，可以使用堆叠式FBGA轻松实现Registered ECC DDR2-400 2GB容量的模组，而同规格的DDR400产品就非常难以制成并且成本高昂，Intel最新一代Server芯片组E7520、E7320以及Workstation芯片组E7525都转向支持Registered ECC DDR2-400来配合800FSB的新一代XEON处理器，DDR SDRAM则仅被支持到能够量产的DDR333规格。 JEDEC认证了DDR2-400、DDR2-533和DDR2-667三种DDR2 SDRAM规格，内存速度跑到了CPU需求的前面在近些年尚属首次，按照以往的经验都是当内存已经成为系统瓶颈时才慢吞吞的流行起来新标准，而眼前未雨绸缪的DDR2-667，甚至还有马上就被而必达推出的DDR2-800，CPU部分看来需要一段时间才能追赶上来了，即使目前最快的FSB1066 Pentium4处理器，用双通道DDR2-533显然就可以轻松应付。在AMD还没有推出DDR2内存控制器的处理器之前，这种最快速的内存还仅能在Intel的系统上使用，不过从前景分析，DDR2 SDRAM成为主流只是时间问题，它成本不高，性能提升空间大并且几乎没有竞争者。 DDR2 SDRAM的推广不但但让CPU/内存子系统受益，更强的内存带宽规格配合全新的PCI Express总线能够让使用系统内存的图形加速产品更加实用化，就像nVIDIA刚刚推出的Geforce 6200TC，仅配置很小容量的本地内存就可以达到相当可观的3D加速性能。 本年度内存应用和精彩产品 主流桌面芯片组分析 年内的芯片组数量不少，真正在市场上活跃的并且能在内存使用上发掘出潜力的也仅限于Intel 865PE/875P、nVIDIA nForce2 Ultra400/nForce3 250/Ultra这较小的范围内，这些芯片组的设计余量较大，外频提升没有人为加以限制，PCI/AGP频率可以锁定，成为DIY用户主要选择的主板产品，并在此之上促进了高于标准规格的超频型号DDR内存模组的出现。除此之外，875P的PAT加速技术，nForce3引入了内存模组1T/2T Timing设计，也让玩家从单纯的内存超频频率方面转移到同样重视内存延时超频，这成为了2004年度DIY领域超频的最主流话题，而诸如内存交错技术，早已经被几乎所有芯片组使用成为默认功能，似乎已经淡出了玩家们的视线。 影响内存性能的因素 影响到内存系统性能的原因多样，在外部主要是位于主板芯片组内的或者位于CPU内部的内存控制器决定，内存本身的性能影响因素包括频率和延迟两个方面，其中延迟在应用中将以时序参数的设定来体现。以DDR SDRAM/DDR2 SDRAM的SPD内部规定的时序参数为例，类似“3-3-3-8”的标称中的4个数字的含义依次为：CAS Latency，内存CAS延迟时间。RAS－to－CAS Delay（tRCD），内存行地址传输到列地址的延迟时间。Row－precharge Delay（tRP），内存行地址选通脉冲预充电时间。Row－active Delay（tRAS），内存行地址选通延迟。这是玩家最关注的4项时序调节，在大部分主板的BIOS中可以设定，内存模组厂商也有计划的推出了低于JEDEC认证标准的低延迟型超频内存模组，在同样频率设定下，最低“2-2-2-5”这种序列时序的内存模组确实能够带来比“3-4-4-8”更高的内存性能，幅度在3至5个百分点. 结合主板芯片组分析，超频运行频率更多的被使用Pentium4处理器的玩家青睐，因为Intel 865PE/875P能够达到超过1200FSB即300MHz外频的水平，2.4C处理器有很有机会实现这个目标，而直到今天也没有一家厂商的DDR600产品能够保证能在865PE/875P以双通道DDR600形式稳定运作，这大大刺激了玩家的挑战欲望。较晚出现的nForce3系列（或者说是Athlon64内部的内存控制器）对内模组的要求不如865PE/875P来的高，双通道DDR600的目标已经在部分超频玩家的系统上成为现实。超频时序设定主要流行于nVIDIA nForce2 Ultra400芯片组主板，由于外频提升幅度有限，使用更低的内存延迟是仅剩的解决之道。 在DDR SDRAM时代，内存总是满足不了超频玩家的胃口，并且拖慢着系统性能冲向极限，这种状况在DDR2 SDRAM成为标准之后发生了改变。虽然915/925X Express系列主板被Intel加入超频限制让人失望，但最新的925XE Express显然有相当大的潜力，轻松实现320MHz左右的外频实力直接让所有的CPU成为超频瓶颈，吸引人的还有其优秀的内存异步稳定性，在早先我们的测试中，DDR2-667内存模组可以在925X Express上面以DDR2-800以上的速度双通道运行！相信在以后的日子里，超频玩家们又该把精力放在寻找“极品”CPU上而不是像本年度中去寻找内存了。 优秀内存颗粒罗列 这里所指的“优秀”的含义仅限本文中对内存颗粒制成模组的频率/延迟超频性能的一个评价，并非对颗粒综合电气特性、稳定性、良品率户或生产工艺方面的分析。而颗粒称谓将使用颗粒编号最后几位类似于“BT-D43”的描述方式，排列在前面几位的数字一般会描述具体颗粒的位宽组织形式等信息，不同容量位宽的将不相同，但相同后缀的颗粒代表同一类别，有类似频率/延迟特征。 DDR SDRAM典型的高频性能颗粒主要包括Hynix *T-D43/*T-D5、Infineon CE-5、Micron TG-5B C/TG-5B G和Samsung TCCC/TCCD。 DDR SDRAM典型的低延迟颗粒主要包括Winbond BH-5/CH5、Micron TG-5B C/TG-5B G和Samsung TCCD。 一般来讲更高的频率对于内存模组降低时序十分不利，最早能够达到DDR500的内存基本上都只能以3-3-3-8这样的时序水平运行，但在04年下半年更优秀的颗粒已经被生产出来，Micron TG-5B G和Samsung TCCD则都能够在DDR500以上的水平上达到较理想的时序设定，其中Samsung TCCD是DDR600内存模组的唯一选择，目前ADATA和OCZ一经推出了基于Samsung TCCD的DDR600内存模组。早期的经典颗粒Winbond BH-5已经随着Winbond的退出DRAM市场而销声匿迹，不过这种颗粒在低延迟方面的表现至今没有被超越，它甚至可以在被极度优化过寄存器设置的875P主板上以DDR400@2-2-2-5运行。 DDR2 SDRAM内存方面目前的测试显示各家厂商没有表现出太大的区别，超频性能普遍优秀，不会成为系统超频的障碍，因此按照颗粒类型选择内存模组没有太多的必要。 精彩内存模组  ADATA Vitesta DDR566 ADATA Vitesta DDR566是大陆市场上能够买到的最高规格DDR内存模组，它使用大名鼎鼎的Samsung TCCD颗粒，但价格方面并没有像是用同样颗粒的其他品牌模组那样高不可攀，对于不太在意价格的玩家来讲，这种产品是近期最值得购买的DDR内存模组。它的价格大约在1050元/512MB。  Galaxy Infineon DDR400 Galaxy Infineon DDR400是极为少见的正规渠道销售的DRAM厂原厂内存模组，在产品品质、兼容性方面有最好的保证。这种内存使用最新的CE-5颗粒，低频率下时序超频能力不错，不追求时序的前提下也能够达到DDR500以上运行频率，综合性能相当均衡。它的价格大约在680元/512MB。  Kingston ValueRAM DDR400 Kingston ValueRAM DDR400在市场中最为常见，价格适中，售后服务好。选择这种产品需要一些技巧，因为产量很大，Kingston从很多DRAM厂商采购颗粒生产模组，这其中不乏Hynix *T-D43、Micron TG-5B C/TG-5B G和Samsung TCCC，玩家只要在购买的时候仔细观察颗粒状况，不难买到物美价廉的Kingston ValueRAM内存模组；只是Kingston ValueRAM在相同颗粒的模组上也没有非常稳定的均一性，超频能力还要靠一点运气。它的价格大约在600元/512MB。  Kingston HyperX DDR433 Kingston HyperX DDR433属于HyperX系列，定位在超频群体。HyperX DDR433使用Winbond BH-5/CH5颗粒，是市场上仅存的Winbond BH-5/CH5内存模组了，追求低时续的超频玩家不要错过。它的价格大约在900元/512MB。  TwinMOS DDR500 TwinMOS DDR500使用前卫的CSP封装颗粒，是最早上市的DDR500内存模组，并且CL默认设定在2.5，有相当优秀的性能，缺点是继续提升频率的空间不大。它的价格大约在500元/256MB。  GEIL DDR2-667 GEIL DDR2-667是目前市场上能买到的最快速的内存模组，没错，它是DDR2-667！购买了925XE Express主板的发烧用户应该去买一对GEIL DDR2-667内存来发掘系统极限，至于价格...它的价格大约在1670元/512MB。 展望新的一年 大趋势  从Intel的Roadmap看，DDR2 SDRAM是2005年的高性能平台的标准搭配，而DDR SDRAM并不会被淘汰，它将在主流和低端平台上继续存在；AMD方面预计在2005年度仍将把DDR SDRAM作为平台的唯一搭配；很明显DDR2 SDRAM的全面流行还需要相当长的一段时间，至少要在FSB1066的Intel处理器全面上市之后才有这方面的推动力。 可以预见的竞争技术及走向 FB-DIMM（Full Buffered DIMM）： 全缓冲模组。顾名思义，FB-DIMM借助一个缓冲芯片，借助现有的DDR2 SDRAM内存实现。FB-DIMM实际上就是在一个标准的DDR2内存上，增加一枚用于数据中转、读写控制的缓冲控制芯片。该芯片负责承担数据发送和接受的指派任务；实现并行数据互串行数据流的翻译转换工作，由此实现将并行的DDR2内存数据流转换成串行数据流，经由类似PCI Express的点对点高速串行总线将数据传输给CPU，按目前的开发进度看，FB-DIMM可以在现有的DDR2-533上轻易实现25.2GB/s的带宽，而对应DDR2-800的FB-DIMM将提升到可观的38.4GB/s。 这种产品有希望成为DDR2之后的内存标准，迫切的应用平台仍然是服务器领域，在05年度内出现的几率不大。 QBM(Qand Band Rate)：QBM曾经是一种十分优秀的内存技术，利用场效应管技术把DDR内存的速度提升一倍，这技术由Kentron公司设计并得到VIA的大力支持，在今年六月的Computex Taipei 2004中，VIA还在展示一台运行QBM的PT880平台。 当时VIA工程师还对QBM的前景感到乐观，但到了现在由于QBM缺乏内存厂商的支持，加上DDR2的普及，QBM内存已没有多余的生存空间，VIA的芯片组将不会再对QBM内存作出支持，并终止了对QBM内存的研发工作。 很明显，QBM已经名存实亡了，它没有流行过也不会流行起来了。 XDR（eXtreme Data Rate）：是Rambus的“Yellowstone”的最终名称。XDR将Rambus之前公布了一系列新技术集中到了一起，新技术不仅带来了新的内存控制器设计和DRAM模块设计，同时可以工作在相当高的频率，带来让人难以置信的带宽。XDR的设计和RDRAM的有些类似，它们均采用了16bit的内存位宽，不过XDR做了一些改进来达到更高的工作频率，它和RDRAM最大区别就是XDR有独立的数据和地址/指令总线。Rambus的结构需要数据通过所有的内存模块，这也造成了RDRAM为人诟病的高延迟性），XDR通过两条独立的总线解决的这一问题，其中地址/指令总线还是需要经过所有的内存模块，不过数据则可以由内存控制器直接进入对应的模块。 XDR最大可能被应用的还是和图形处理器搭配配置在显卡上，作为接替GDDR3的形象出现，类似的衍生物在PC系统上出现的可能性相当微小。 |
