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揭秘DDR4内存与DDR3区别

发布时间:2015-03-17 点击数:2766


DDR4时代将来临 DDR4与DDR3区别解析

虽然DDR4内存标准规范的正式公布是在2012年9月底,不过DDR4内存规格原计划是在2011年制定完成,2012年开始投入生产并上市的。所以在之前的很长一段时间,三星、SK海力士、美光等多家DRAM厂商都已经完成了DDR4内存芯片的开发,并计划进行量产,奈何DDR4内存标准一直未见公布,他们也不敢轻举妄动。所以可以说DDR4内存的出现已经是酝酿已久了。

DDR4时代将来临 DDR4与DDR3区别解析


如今DDR4已经欲势待发,只是在等待相应的主板与CPU上市了,那么相比DDR3,都有了哪些比较重要的改进呢?我们一起来看一下:

1.DDR4内存条外观变化明显,金手指变成弯曲状

2.DDR4内存频率提升明显,可达4266MHz

3.DDR4内存容量提升明显,可达128GB

4.DDR4功耗明显降低,电压达到1.2V、甚至更低


很多电脑用户可能对于内存的内在改进不会有太多的关注,而外在的变化更容易被人发现,一直一来,内存的金手指都是直线型的,而在DDR4这一代,内存的金手指发生了明显的改变,那就是变得弯曲了,其实一直一来,平直的内存金手指插入内存插槽后,受到的摩擦力较大,因此内存存在难以拔出和难以插入的情况,为了解决这个问题,DDR4将内存下部设计为中间稍突出、边缘收矮的形状。在中央的高点和两端的低点以平滑曲线过渡。这样的设计既可以保证DDR4内存的金手指和内存插槽触点有足够的接触面,信号传输确保信号稳定的同时,让中间凸起的部分和内存插槽产生足够的摩擦力稳定内存。

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,而DDR3则是240个,每一个触点的间距从1mm缩减到0.85mm,笔记本电脑内存上使用的SO-DIMM DDR4内存有256个触点,SO-DIMM DDR3有204个触点,间距从0.6毫米缩减到了0.5毫米。

第三,标准尺寸的DDR4内存在PCB、长度和高度上,也做出了一定调整。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,而整体尺寸也有了不同的变化,如上图。


频率和带宽提升巨大

DDR4最重要的使命当然是提高频率和带宽。DDR4内存的每个针脚都可以提供2Gbps(256MB/s)的带宽,DDR4-3200那就是51.2GB/s,比之DDR3-1866高出了超过70%。在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,所以推出了Bank Group的设计。

Bank Group架构又是怎样的情况?具体来说就是每个Bank Group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。DDR4架构上采用了8n预取的Bank Group分组,包括使用两个或者四个可选择的Bank Group分组,这将使得DDR4内存的每个Bank Group分组都有独立的激活、读取、写入和刷新操作,从而改进内存的整体效率和带宽。如此一来如果内存内部设计了两个独立的Bank Group,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Bank Group,则变相的预取值提高到了32n。

如果说Bank Group是DDR 4内存带宽提升的关键技术的话,那么点对点总线则是DDR4整个存储系统的关键性设计,对于DDR3内存来说,目前数据读取访问的机制是双向传输。而在DDR4内存中,访问机制已经改为了点对点技术,这是DDR4整个存储系统的关键性设计。


在DDR3内存上,内存和内存控制器之间的连接采用是通过多点分支总线来实现。这种总线允许在一个接口上挂接许多同样规格的芯片。我们都知道目前主板上往往为双通道设计四根内存插槽,但每个通道在物理结构上只允许扩展更大容量。这种设计的特点就是当数据传输量一旦超过通道的承载能力,无论你怎么增加内存容量,性能都不见的提升多少。这种设计就好比在一条主管道可以有多个注水管,但受制于主管道的大小,即便你可以增加注水管来提升容量,但总的送水率并没有提升。因此在这种情况下可能2GB增加到4GB你会感觉性能提升明显,但是再继续盲目增加容量并没有什么意义了,所以多点分支总线的好处是扩展内存更容易,但却浪费了内存的位宽。


因此,DDR4抛弃了这样的设计,转而采用点对点总线:内存控制器每通道只能支持唯一的一根内存。相比多点分支总线,点对点相当于一条主管道只对应一个注水管,这样设计的好处可以大大简化内存模块的设计、更容易达到更高的频率。不过,点对点设计的问题也同样明显:一个重要因素是点对点总线每通道只能支持一根内存,因此如果DDR4内存单条容量不足的话,将很难有效提升系统的内存总量。当然,这难不道开发者,3DS封装技术就是扩增DDR4容量的关键技术。


容量剧增 最高可达128GB

3DS(3-Dimensional Stack,三维堆叠)技术是DDR4内存中最关键的技术之一,它用来增大单颗芯片的容量。


3DS技术最初由美光提出的,它类似于传统的堆叠封装技术,比如手机芯片中的处理器和存储器很多都采用堆叠焊接在主板上以减少体积—堆叠焊接和堆叠封装的差别在于,一个在芯片封装完成后、在PCB板上堆叠;另一个是在芯片封装之前,在芯片内部堆叠。一般来说,在散热和工艺允许的情况下,堆叠封装能够大大降低芯片面积,对产品的小型化是非常有帮助的。在DDR4上,堆叠封装主要用TSV硅穿孔的形式来实现。

所谓硅穿孔,就用激光或蚀刻方式在硅片上钻出小孔,然后填入金属联通孔洞,这样经过硅穿孔的不同硅片之间的信号可以互相传输。在使用了3DS堆叠封装技术后,单条内存的容量最大可以达到目前产品的8倍之多。举例来说,目前常见的大容量内存单条容量为8GB(单颗芯片512MB,共16颗),而DDR4则完全可以达到64GB,甚至128GB。


更低功耗 更低电压

更低的电压:这是每一代DDR进化的必备要素,DDR4已经降至1.2V


首先来看功耗方面的内容。DDR4内存采用了TCSE ( Temperature Compensated Self-Refresh,温度补偿自刷新,主要用于降低存储芯片在自刷新时消耗的功率)、TCARtemperature Compensated Auto Refresh,温度补偿自动刷新,和T CSE类似)、DBI(Data Bus Inversion,数据总线倒置,用于降低VDDQ电流,降低切换操作)等新技术。


这些技术能够降低DDR4内存在使用中的功耗。当然,作为新一代内存,降低功耗最直接的方法是采用更新的制程以及更低的电压。目前DDR4将会使用20nm以下的工艺来制造,电压从DDR3的1.5V降低至DDR4的1.2V,移动版的SO-DIMMD DR4的电压还会降得更低。而随着工艺进步、电压降低以及联合使用多种功耗控制技术的情况下,DDR4的功耗表现将是非常出色的。

人们对于DDR4的期望是相当高的,对于它的上市已经等待已久,不过要知道DDR3花了足足三年的时间才完成对DDR2的取代,而DDR4的野心却是大多了,虽然要到今年底才会正式登场亮相,但是明年就有打算要占据半壁江山,成为新的主流规格。