深度解析DDR3内存新特性

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       土老冒：亲爱的网友，你们好吗？俺土老冒今天又和大家见面了！
　　Z博士：各位网友大家好，上周做了些什么事呢？你们装机了吗？如果没有，您的老电脑升级了吗？
　　土老冒：Z博士就知道让大家掏钱，你给俺钱，俺把那套老牛机升级一下。
　　Z博士：毛主席说，自力更生，丰衣足食，老土应该自己挣钱自己升级电脑。
　　土老冒：博士真是比葛朗台还吝啬，算了，俺还是继续攒钱留着娶媳妇吧。
　　Z博士：不知不觉又说了一堆废话，老土我们还是进入正题吧，今天想知道什么？
　　土老冒：其实俺今天想知道DDR3内存的一些知识，5月份Intel发布了P35芯片组，正式将DDR3内存带入应用阶段，博士先给我讲讲DDR3内存带来的好处吧。
　　Z博士：DDR2内存刚刚才普及，DDR3就来了，不得不感叹DIY硬件发展之快啊。
　　土老冒：我说博士，你今天怎么了？赶紧进入主题吧，还感叹个啥呢？
　　Z博士：没事不还准我感叹一下啊？这个DDR3内存嘛，有太多太多值得我们探讨的东西，首先，它给我们带来了频率和带宽的大幅度提升。目前DDR3内存规格最高为DDR3-1600，运行频率达到了1600MHz，已经是DDR2内存最高频率的两倍了，它可以提供高达12.8GB/S的带宽，如果组成双通道，则可以提供25.6GB/S的带宽！
　　土老冒：等等，带宽，带宽是什么？俺不知道，你给俺解释一下吧。
　　Z博士：我这里说的带宽，是指内存带宽。我们可以把CPU和北桥看作是两个具有密切交易关系的城市，把内存看作是连接它们之间交易货物的仓库和公路。内存容量好比仓库，当然是越大，存放的货物就越多，带宽则可以看作是这两座城市之间的公路，公路越宽，交易的时候往来的车辆就可以更多，如果说DDR内存所提供的带宽是普通的公路，那么DDR2内存的带宽是高速公路的话，DDR3内存可以看作是高速公路里的快车道。
　　土老冒：这个解释不错，通俗易懂。看来DDR3内存相比DDR2所提供的带宽提升了不少啊，进入快车道了。
　　Z博士：其实目前不好说，因为主流的CPU并不需要那么高的带宽，而即便是高端的Intel处理器也仅仅只有1333MHz前端总线，只需要两条DDR2 667内存组成双通道就可以满足需求，DDR3带来的巨大带宽，一定程度上有些浪费了。
　　土老冒：Z博士说得不一定正确，昨天俺看了中关村在线对Intel中国区总经理杨叙的访谈，他当时说，我们应该向前看，而不要把新产品看作是“杀鸡用牛刀”，未来PC的应用将会越来越复杂，现在生产的产品具有一定的前瞻性并不是什么错误。
　　Z博士：土老冒挺牛X啊，居然还看了杨叙访谈，博士我昨天由于太忙了都没时间看完，一会儿下来你得给我仔细讲讲访谈的内容。
　　土老冒：这个咱们下来再说，现在继续说DDR3内存吧。你说的这个巨大的带宽提升，到底提升了多少呢？
　　Z博士：DDR3内存目前的起始频率为800MHz，这和JEDEC规定的DDR2内存的最高频率相同，它目前拥有DDR3-800、DDR3-1066、DDR3-1333和DDR3-1600等规格，而且这只是JEDEC规定的标准，目前已经有玩家将DDR3内存超频到了2000MHz以上！这个频率在过去是无法想象的，尽管它采用了非常规散热方式。
　　土老冒：疯狂玩家的行为咱就别提了，还是来些实际的吧，毕竟大多数用户还是跟俺一样，规规矩矩用电脑。不过博士说的这个事也给了俺一些启示，DDR3内存绝对是极限超频玩家的最佳选择。

　　Z博士：你的说法也不一定正确，因为尽管JEDEC规定DDR2内存的最高频率为800MHz，但实际上已经有不少实力雄厚的模组厂商推出了DDR2-1200甚至DDR2-1333的内存，在这种情况下，DDR3内存的竞争力就不高了，因为在频率得到提升的同时，DDR3内存的延迟也增加了。
　　土老冒：延迟是什么？提升延迟会影响性能吗？
　　Z博士：内存延迟是系统进入数据进行存取操作就绪状态前等待内存响应的时间。就如同你去餐厅吃饭，你点完菜，服务员下单，厨房按照你点的菜进行安排，在你点菜到上菜的这段等待的时间，就可以看作是内存的延迟。
　　土老冒：原来这就是延迟啊，如此说来延迟越高，等待的时间就越长。那么内存延迟到底是如何体现的呢？DDR3内存相对DDR2提升了多少延迟？

 

DDR3内存时序进一步提高
　　Z博士：一般来说，体现内存延迟的就是我们通常说的时序，如DDR2-800内存的标准时序：5-5-5-18，但DDR3-800内存的标准时序则达到了6-6-6-15、DDR3-1066为7-7-7-20、而DDR3-1333更是达到了9-9-9-25！
　　土老冒：俺想知道博士所说的5-5-5-18、6-6-6-15等数字每一个都代表什么。
　　Z博士：这4个数字的含义依次为：CAS Latency（简称CL值）内存CAS延迟时间，这也是内存最重要的参数之一，一般来说内存厂商都会将CL值印在产品标签上。
　　第二个数字是RAS－to－CAS Delay（tRCD），代表内存行地址传输到列地址的延迟时间。第三个则是Row－precharge Delay（tRP），代表内存行地址选通脉冲预充电时间。第四个数字则是Row－active Delay（tRAS），代表内存行地址选通延迟。
　　除了这四个以外，在AMD K8处理器平台和部分非Intel设计的对应Intel芯片组上，如NVIDIA nForce 680i SLI芯片组上，还支持内存的CMD 1T/2T Timing调节，CMD调节对内存的性能影响也很大，其重要性可以和CL相比。
　　其实这些参数，你记得太清楚也没有太大用处，你就只需要了解，这几个参数越低，从你点菜到上菜的时间就越快。
　　土老冒：好吧好吧，俺自己也听得一头雾水，只需要记得它越低越好就行了。那么俺想问，为什么DDR3内存延迟提高了那么多，Intel和众多的内存模组厂商还要大力推广呢？
　　Z博士：其实DDR3内存的延迟也不仅仅是这么简单。DDR3内存的频率和带宽相比DDR2有了成倍的提升，为了保证高频率下数据传递的精确性，DDR3内存的总体延迟相比DDR2有所提高。这种情况在DDR2替代DDR时也发生过。

　　之前三星的半导体记忆体产品专家曾指出，片面地认为CL数值大就认为DDR3延迟表现不及DDR2，是完全错误无知的观念。这位专家指出，事实上，JEDEC定下的DDR2-533的CL 4-4-4、DDR2-667的CL 5-5-5，其记忆体延迟均为15ns。
　　三星专表示，要计算整个内存的延迟值，还需要把内存颗粒运行频率计算在内。如果DDR3-1066、DDR3-1333及DDR3-1600的CL值分别为7-7-7、8-8-8及9-9-9，把内存颗粒运行频率计算在内，其延迟值应为13.125ns（7*1000/533.33）、12.0ns及11.25ns，相比DDR2改善约25%，因此把CAS数值当成内存的延迟值是不正确的。
　　由此看来，CL和延迟值是两个完全不同的概念，CL是指时钟周期，如CL=5，表示CL值为5个周期，而真正意义上的延迟值，是指延迟的绝对时间，单位是ns，频率越高，自然一个周期所用的绝对时间也越短。很多人以为DDR3内存的延迟大大的增加了，但实际上DDR3内存的绝对延迟值相比DDR2却降低了。
　　土老冒：原来是这么个情况，如此说来DDR3的CL值增加了，但真正意义上的延迟却降低了。
　　Z博士：而且你也不必担心，尽管JEDEC将DDR3内存的时序设定得很保守，但实力雄厚的内存模组厂商肯定会推出低延迟的DDR3内存，就如同在DDR2时代，尽管DDR2-800内存的JEDEC规定时序为5-5-5-18，但却有DDR2-800 3-3-3时序的内存诞生，尽管它们的价格不菲。
　　土老冒：听了博士的解释，俺对DDR3内存的延迟、时序有了更深一步的了解了。俺想知道，DDR3内存带来了频率、带宽的大幅度提升，它是通过什么方式实现的呢？
　　Z博士：其实DDR2升级到DDR3，还是采用了老套路。从DDR到DDR2，采用了4Bit数据预取架构来实现，从DDR2到DDR3，则是采用了8Bit数据预取架构。实际上DDR3-800内存的存储单元频率于DDR2-400一样，仅有100MHz，但由于DDR2采用4Bit预取技术、DDR3采用了8Bit预取技术，它们的频率可以分别达到400MHz和800MHz。
　　土老冒：听到这里俺又昏了，什么是数据预取技术？
　　Z博士：数据预取技术，即Prefetch，它并不是新技术，早在DDR时代就开始应用。它是在一个时钟周期内，其上行和下行都能够传输数据，因此其传输速率比当时只能通过下行传输数据的SDRAM提高了一倍。它上行传输一位数据，下行传输一位数据，在一个时钟周期内一共传输两位即2Bit数据给北桥，这2Bit数据首先从存储单元取出来，然后在输入/输出时钟上行核下行传输出去，这就是2Bit数据预取技术。
　　举个不太恰当的例子，数据预取技术可以理解成目前流行的BT下载。以前我们下载东西都是客户端从服务器端下载，而BT下载则是互相的，你在下载数据的同时也上传了数据。
　　土老冒：原来如此，俺基本上懂点了，博士再详细解释一下DDR3内存的数据预取技术吧。

 

DDR3内存采用8Bit数据预取技术提升频率
　　Z博士：到了DDR3时代，数据预取技术发展到了8Bit，一次可以从存储单元预取8Bit的数据，在输入/输出端口处的上行和下行同时传输，8Bit需要4个时钟周期完整，因此DDR3内存的输入/输出时钟频率是存储单元核心的4倍，由于是上行、下行同时传输数据，因此有效的数据传输频率达到了存储单元核心频率的8倍，由此我们也可以知道，DDR3-800内存的存储核心频率其实仅有100MHz，其输入/输出时钟频率为400MHz，有效数据传输频率则为800MHz。
　　土老冒：听博士一番话，胜读10年书啊。博士解释得太透彻了。那么俺还想知道，DDR3内存除了频率、带宽大幅度提升以外，还带来了什么？
　　Z博士：DDR3内存除了有效数据传输频率和带宽大幅度提升外，DDR3内存还在DDR2的基础上降低了电压，从而将功耗降低。
　　土老冒：降低了多少呢？能具体一点吗？
　　Z博士：DDR3内存的标准工作电压为1.5V，DDR2为1.8V，降低0.3V，降低幅度17%，功耗方面，DDR3-800大约是DDR2-800的72%，DDR3-1066大约是DDR2-1066的83%，从这点来说，它的功耗降低幅度还是不错的。

 

DDR3内存的电压降低至1.5V
　　土老冒：俺是觉得内存本身的功耗就不高，降低这么一点点对整个系统的贡献微乎其微，意义不大。
　　Z博士：话不能这么说，即使是降低1%，它仍然有意义，时代在进步，科技在发展，要在以前的进步上取得进一步进展，当然会比以前更难。就如同你考试第一次考了60分，第二次提升到了80分，第三次要想考100分那难度跟从60到80完全没法比是吧？
　　土老冒：博士说得也不错，尽管DDR3内存功耗只降低了不到30%，尽管内存本身的功耗就不高，但这种进步是值得肯定的。那么DDR3除了带宽提升、功耗降低外，还有什么特点吗？
　　Z博士：我还得补充一点，尽管能耗只降低了不到30%，对于内存这种低功耗产品来说降得不多，但如果我们把DDR3内存技术引入到笔记本等移动设备里面，可以大大地增加电池的续航时间，所以说DDR3内存的未来不仅仅是台式机，在笔记本领域应该会有很大作为。
　　土老冒：博士所言极是，俺太肤浅了，仅仅看到了桌面平台，没有考虑到笔记本电脑等移动设备。
　　Z博士：所以说，我们的视野应该开阔一点。你还想知道DDR3内存的什么呢？
　　土老冒：DDR3内存的基本特性博士也介绍得差不多了，您看有什么需要补充的就随便说吧，俺确实是门外汉，懂的太少了。
　　Z博士：老土看来很谦虚嘛。接下来我就说说DDR3内存的几个特殊功能吧。首先是Reset（重置）功能。
　　其实，Reset功能并不是什么新概念，业界对Reset功能很早之前就有了要求，只是在步入DDR3时代才正式采纳。Reset是DDR3内存新增加的一项重要功能，它使DDR3内存的初始化变得比以前简单。当Reset命令运行时，DDR3内存就会停止所有工作，并切换到最少量活动状态，节约能耗，这个时候，DDR3内存所有数据接收与发送器都会关闭，内部程序装置将会复位，延迟锁定回路（DLL）与时钟电路也会停止工作而不会对数据总线上的任何要求作出反映，这个时候，DDR3内存也是最省电的时候，这种特性对笔记本等移动设备来说无疑是相当有意义的。
　　土老冒：除了Reset功能外，DDR3内存还有新特性吗？
　　Z博士：当然还有。接下来该介绍的就是根据温度自刷新功能了。内存持续工作，它就得不断刷新数据，这也是内存最重要的操作。刷新分为两种，一种是自动刷新（Auto Refresh，简称AR），一种则是自刷新（Self Refresh，简称SR）。DDR3内存为了最大限度地节省电力，采用了一种新型的自动刷新技术：Automatic Self Refresh，简称ASR，它通过一个内置于内存芯片的温度传感器来控制刷新的频率，以前，刷新频率高，内存的工作温度就高，而加入温度自刷新技术后，DDR3内存则可根据温度传感器的控制，在保证数据不丢失的情况下尽可能减少刷新频率，从而降低内存工作温度。

 

DDR3内存能耗降低明显
　　土老冒：看来这个温度自刷新技术不仅在桌面平台有意义，而且在笔记本领域也大有前途，对超频玩家来说也具有不错的帮助。
　　Z博士：对的，温度自刷新的主要用途就是大大降低了内存工作温度。不过我要指出的事，温度自刷新功能在DDR3内存上只是一个可选设计，就如同迅驰四平台中的迅盘一样，它只是个选配模块，没有迅盘，它还是可以叫迅驰四，没有温度自刷新技术，仍然可以叫DDR3内存。
　　其次，温度自刷新也有一个范围，称作SRT即Self Refresh Temperature，它通过模式寄存器，可以选择两个温度范围，一个普通温度范围，如0度到70度，另一个扩展温度范围，如最高100度，对内存内部设定的这两种温度范围，它将以一个恒定的频率和电流进行刷新的操作。
　　土老冒：原来如此，看来大家在购买时还是要注意啊。DDR3内存还有什么特性吗？
　　Z博士：还有一个叫做局部自刷新，即Partial Array Self Refresh，简称RASR，这也是DDR3内存的一个可选项，它的功能，可以让DDR3内存只刷新部分逻辑Bank，而不是全部刷新，从而进一步减少刷新带来的消耗，这个功能对笔记本电脑来说具有相当大的意义，它可以进一步增加电池的续航时间。
　　土老冒：博士介绍了这么多特性，似乎DDR3内存的这些特性都是为了降低能耗而设计的啊。如此看来未来的电脑的发展方向真的是向着低功耗、高性能的方向发展，DDR3内存采取了一系列措施来试图降低能耗，不管它的结果如何，俺至少从这些特性中看到了内存制造商所作出的种种努力。
　　Z博士：是的，让我们为DDR3内存的研发人员和标准制定者致敬！其实，DDR3内存还有一个趋势，就是朝着高容量发展。Windows vista以及64位操作系统的到来对内存容量提出了更高的要求。就目前看来，单条1GB内存已经成为绝对的主流，人们甚至对单条2GB内存提出了需求，而DDR3内存正是朝着这个方向发展。
　　DDR3内存采用了更高密度的内存颗粒，DDR2内存可以做到256MB～4GB容量，而DDR3内存最高可以做到单条8GB，而8GB还仅仅是在8个逻辑Bank的情况下达到的容量，DDR3内存为了应对未来大容量的要求，甚至为16个逻辑Bank做好了准备。
　　土老冒：博士你不止一次提到了逻辑Bank，这究竟是什么？
　　Z博士：我晕，这都不知道？逻辑Bank是由很多个存储单元纵横交错组成的阵列，内存的容量=存储单元总数×存储单元数量。存储单元总数=行×列×逻辑Bank数量，由此可见，内存容量实际上等于（行×列×逻辑Bank数量）×存储单元数量，DDR3为更多的逻辑Bank做好准备，对其内存容量的增加提供了可能。

 

逻辑Blank就像是一张EXCEL表格
　　不过我这里也仅仅是提到了逻辑Bank数量多的好处，而并没有解释逻辑Bank是什么。其实，内存的内部是一个存储阵列，如同一张EXCEL表格，只要我们知道所查的数据在哪一行哪一列，就可以很快的找到所需要的数据。而对内存来说，我们要查找的某个单元格就是存储单元，而这整个表格，就是逻辑Bank。如果说8个逻辑Bank是一张8行×8列的表格的话，那么16个逻辑Bank则是16行×16列的表格了。
　　同为8个逻辑Bank的DDR3内存为什么可以达到单条8GB容量，而DDR2却只能达到4GB容量呢？这就是DDR3内存的单个存储容量比DDR2内存大，其颗粒存储密度得到了增加。
　　土老冒：Z博士今天把DDR3内存的一些基本知识详细地介绍给了我们，不知道大家对DDR3内存的认识是否得到了升华呢？
　　Z博士：其实我也是不久之前才开始关注DDR3内存的，就目前来说，DDR3内存的价格是DDR2的4倍左右，而相对DDR2内存来说，其性能并没有提升4倍，尽管英特尔明确指出：DDR3内存是前端总线超过800MHz处理器的最佳解决方案。但成倍的价格无法换取成倍的性能提升注定让它在短时间内无法普及。博士预计，DDR3内存逐渐普及的时间应该会在2008年底至2009年，届时应该会有更多的内存模组厂商为我们奉上更超值、更丰富的DDR3内存来。
　　土老冒：谢谢Z博士的分享，昨天发工资了，俺请你吃饭吧。
　　Z博士：好啊，不过走之前，还得对广大网友说一声，请继续支持土老冒，继续支持Z博士，更多新鲜、热辣的内容尽在土老冒谈硬件！
　　土老冒：谢谢大家！

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