剪不斷理還亂!DDR1-3和GDDR1-5全解析

    相信很多人都知道，DDR1/2/3內存最關鍵的技術就是分別采用了2/4/8bit數據預取技術（Prefetch），由此得以將帶寬翻倍，與此同時I/O控制器也必須做相應的改進。

● DDR1/2/3數據預取技術原理：

    預取，顧名思義就是預先/提前存取數據，也就是說在I/O控制器發出請求之前，存儲單元已經事先準備好了2/4/8bit數據。簡單來說這就是把并行傳輸的數據轉換為串行數據流，我們可以把它認為是存儲單元內部的Raid/多通道技術，可以說是以電容矩陣為單位的。

內存數據預取技術示意圖：并行轉串行

    這種存儲陣列內部的實際位寬較大，但是數據輸出位寬卻比較小的設計，就是所謂的數據預取技術，它可以讓內存的數據傳輸頻率倍增。試想如果我們把一條細水管安裝在粗水管之上，那么水流的噴射速度就會翻幾倍。

    明白了數據預取技術的原理之后，再來看看DDR1/2/3內存的定義，以及三種頻率之間的關系，就豁然開朗了：

● SDRAM（Synchronous DRAM）：同步動態隨機存儲器

    之所以被稱為“同步”，因為SDR內存的存儲單元頻率、I/O頻率及數據傳輸率都是相同的，比如經典的PC133，三種頻率都是133MHz。

    SDR在一個時鐘周期內只能讀/寫一次，只在時鐘上升期讀/寫數據，當同時需要讀取和寫入時，就得等待其中一個動作完成之后才能繼續進行下一個動作。

● DDR（Double Date Rate SDRAM）：雙倍速率同步動態隨機存儲器

    雙倍是指在一個時鐘周期內傳輸兩次數據，在時鐘的上升期和下降期各傳輸一次數據(通過差分時鐘技術實現)，在存儲陣列頻率不變的情況下，數據傳輸率達到了SDR的兩倍，此時就需要I/O從存儲陣列中預取2bit數據，因此I/O的工作頻率是存儲陣列頻率的兩倍。

    DQ頻率和I/O頻率是相同的，因為DQ在時鐘上升和下降研能傳輸兩次數據，也是兩倍于存儲陣列的頻率。

● DDR2（DDR 2 SDRAM）：第二代雙倍速率同步動態隨機存儲器

    DDR2在DDR1的基礎上，數據預取位數從2bit擴充至4bit，此時上下行同時傳輸數據（雙倍）已經滿足不了4bit預取的要求，因此I/O控制器頻率必須加倍。

    至此，在存儲單元頻率保持133-200MHz不變的情況下，DDR2的實際頻率達到了266-400MHz，而（等效）數據傳輸率達到了533-800MHz。

● DDR3（DDR 3 SDRAM）：第三代雙倍速率同步動態隨機存儲器

    DDR3就更容易理解了，數據預取位數再次翻倍到8bit，同理I/O控制器頻率也加倍。此時，在存儲單元頻率保持133-200MHz不變的情況下，DDR3的實際頻率達到了533-800MHz，而（等效）數據傳輸率高達1066-1600MHz。

    綜上可以看出，DDR1/2/3的發展是圍繞著數據預取而進行的，同時也給I/O控制器造成了不小的壓力，雖然存儲單元的工作頻率保持不變，但I/O頻率以級數增長，我們可以看到DDR3的I/O頻率已逼近1GHz大關，此時I/O頻率成為了新的瓶頸，如果繼續推出DDR4（注意不是GDDR4，兩者完全不是同一概念，后文會有詳細解釋）的話，將會受到很多未知因素的制約，必須等待更先進的工藝或者新解決方案的出現才有可能延續DDR的生命。