内存极速之旅！深度揭秘DDR3内存

　　英特尔在今年6月推出3系列(P3x、G3x)芯片组，正式将DDR3内存正式带入桌面领域，这也标志着内存技术开始从现行的DDR2逐步转入DDR3体系。也是在这个月，JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council，电子元器件工业联合会)正式完成了DDR3内存技术标准的制定；不过在此之前，未雨绸缪的内存厂商已经迫不及待地相继推出DDR3内存产品，以期望在即将到来的DDR3时代中抢得先机。

　　与DDR2相比，DDR3内存将工作在更高的频率下，这也意味着更快的数据传输速度和整机系统性能的又一次提升。除此之外，DDR3内存还有低功耗的优点，其访问延迟也比DDR2内存有了可观的下降。在产业界都做好准备的情况下，DDR3内存将会逐渐切入市场，并在未来的1～2年内完成向主流市场的过渡。有意思的是，与英特尔前卫的作风不同，AMD似乎并不愿意冒推广新技术的风险，但它也宣布将在2008年实现对DDR3内存的支持，届时DDR2很有可能被提前终结，DDR3毋庸置疑将成为内存市场新的主导力量。

　　内存技术的回顾与发展

　　在PC发展历史中， CPU速度与内存速度总是在交替中提升，两者的关系也密不可分。CPU运算所需的所有数据都来自于内存，同样，CPU运算生成的数据也必须存放在内存，如果内存速度跟不上，那么CPU就会浪费很多时间在数据等待上面，这不可避免影响了CPU性能的发挥。正因为如此，CPU与内存总是捆绑在一起构成一套“运算子系统(平台)”，而这个“平台”的升级也往往是以内存规格的升级为主要标志的。

　　想当初，DDR2内存从2003年开始切入市场，第一代DDR发展到400MHz便嘎然而止，尽管内存厂商能够量产出500MHz甚至更高频率的产品，但JEDEC并没有考虑对DDR规范进行扩充，而是直接转入DDR2体系。DDR2标准同样是从400MHz起步，分别为DDR2 400、DDR2 533、DDR2 667和DDR2 800。但由于DDR2的访问延迟比DDR多了几个周期，导致DDR2 400和DDR2 533内存都没有表现出比DDR 400更好的性能优势；直到DDR2 667之后，更高的时钟频率有效缩短了内存的整体延迟，同时带宽的提升也在应用中表现出明显的性能增益，此时的DDR2才被大规模接受，事实上我们也可以认为DDR2的时代是从DDR2 667开始的。目前业界正在向DDR2 800过渡，英特尔和AMD平台都可以良好支持DDR2 800。

　　现阶段DDR3开始在英特尔平台中获得支持，但限于价格因素，DDR3更多会在高阶市场，主流市场还是以DDR2 800为主。AMD平台方面，DDR2 800的生命周期估计将持续到08年中期，因为AMD的第一代K10架构产品均只能支持到DDR2 800规范。我们现在也可以在市场上看到一些DDR2 1066的内存产品，但JEDEC的认证只到DDR2 800为止，因此DDR2 1066实际上是非标准的产品。AMD在半年前就游说JEDEC，希望能够将DDR2 1066列为正式标准，这样它的K10平台就不会在内存方面落后于对手；不过这项建议并没有得到JEDEC的支持，但在AMD的强推下DDR2 1066仍然能够获得一定的发展空间。

　　根据JEDEC推出的规范，DDR3体系共有800MHz、1066MHz、1333MHz和1600MHz四个版本。除了工作频率更高外，DDR3与DDR2相比还做了很多细节上的改动，例如DDR3的功耗和延迟时间更低、采用新颖的Fly-by总线架构、引入“重置(Reset)”功能等等，甚至连电压信号也一分为二。这些改进相信也是很多读者朋友们非常感兴趣的地方，下面我们就针对它们作一一介绍。

1998～2009的内存技术发展路线。

　　DDR3的提速法门：8bit预取与4倍时钟频率

　　DDR3的结构设计可以说“借鉴”了很多DDR2的成份，那么DDR3如何实现数据频率的大幅度提升呢？答案就在于DDR3采用8bit预取机制以及4倍的时钟频率，这是其比DDR2速度更快的主要原因。

　　那什么是预取，它与时钟频率又有什么关系呢？要清楚解释这个问题，我们还必须从DDR和DDR2谈起。

　　我们知道，内存颗粒有三种不同的频率指标，它们分别是DRAM核心频率、时钟频率和(等效)数据传输频率，核心频率即为内存Cell阵列(Memory Cell Array)的工作频率，时钟频率则为内存总线的工作频率、数据传输的I/O Buffer也是受其控制，而等效数据传输频率则是指数据传送的频率。早期的SDRAM属于同步DRAM技术体系，它的数据传输频率与时钟周期同步，并且也与DRAM核心频率相同。以PC-133 SDRAM为例，它的核心频率、时钟频率与数据传输频率都是133MHz。

SDRAM与DDR的内部结构对比，DDR可在一个时钟周期内传输两次数据(上升沿和下降沿)，与之对应内部采用2bit预取设计

DDR2与DDR3的结构对比，提高I/O Buffer的时钟频率和预取位数，使得数据传输频率保持高速增长。

　　DDR内存实现了双倍数据率传输(Double Data Rating)，它可以在一个时钟周期传输两次数据，即分别在时钟的上升沿和下降沿分别激发一次，这样它的数据传输频率就达到时钟频率的两倍，而它的核心频率仍然与时钟频率相同，例如DDR400内存，它的核心频率与时钟频率都只有200MHz。双倍数据率意味着从内存核心要在一个时钟周期内供给两倍的数据，为了做到这一点，DDR内存引入了2bit预取设计，在预取机制中，内存Cell阵列的数据先被输入到I/O Buffer缓冲中，然后再从I/O Buffer向内存总线输出。而2bit预取则意味着每个时钟周期内存Cell阵列都会发送2bit数据到I/O Buffer内暂存，以满足下个时钟周期的两次数据传送。

　　DDR2在DDR基础上将性能提升了一倍，它的最高数据传输频率达到800MHz；但DDR2 800的核心频率仍然只有200MHz、也就是和DDR400相当，那么，它又是如何做到的呢？答案很简单：DDR2引入了4bit预取和频率不对等的设计，控制I/O Buffer的时钟频率提升到核心频率的2倍，而数据传输频率仍为时钟频率的2倍，也就是说DDR2的数据传输频率达到核心频率的4倍！接下来的DDR3同样是沿着这条道路前进：它将预取位数提高到8bit，并将时钟频率提升为核心频率的4倍——假设其核心频率为100MHz，那么时钟频率就达到400MHz，数据传输频率则高达800MHz，这也就是DDR3 800的设计标准。

　　在数据频率不断提升的过程中，内存的核心频率始终保持相对稳定，这主要受到DRAM结构的先天限制--作为一种并行传输的内存技术，DRAM核心无法达到很高的工作频率，当年英特尔一度认为SDRAM体系很难保持后继发展，这才冒险推行RDRAM内存技术。在后来的DDR、DDR2和现在的DDR3，我们看到的是数据频率以翻倍的速度提升，而核心频率几乎保持不变，例如DDR400内存已达到200MHz核心频率，现在的DDR2-800、乃至未来的DDR2-1600也都只能达到这个数字。只有非标准的DDR2-1066能够将核心频率提高到266MHz，但这更多是由于引入更先进的半导体制造技术所致。