剪不斷理還亂!DDR1-3和GDDR1-5全解析

    前面介紹的是關(guān)于歷代內(nèi)存的技術(shù)原理，可以說是比較微觀的東西，反映在宏觀上，就是常見的內(nèi)存顆粒及內(nèi)存條了，這都是些看得見摸得著的東西，但有些概念還是不容易理解，這里一一進行說明：

● 內(nèi)存位寬——SDR/DDR1/2/3單條內(nèi)存都是64bit

    內(nèi)存模組的設(shè)計取決于內(nèi)存控制器（集成在北橋或者CPU內(nèi)部），理論上位寬可以無限提升，但受制因素較多：高位寬將會讓芯片組變得十分復(fù)雜，對主板布線提出嚴(yán)格要求，內(nèi)存PCB更是絲毫馬虎不得，內(nèi)存顆粒及芯片設(shè)計也必須作相應(yīng)的調(diào)整?？芍^是牽一發(fā)而動全身，所以多年來業(yè)界都是墨守成規(guī)，維持64bit的設(shè)計不變。

    相比之下，顯卡作為一個整體就沒有那么多的顧忌，只需重新設(shè)計GPU內(nèi)部的顯存控制器，然后PCB按照位寬要求布線，焊更多的顯存顆粒上去就行了，雖然成本也很高但實現(xiàn)512bit并沒有太大難度。

● 多通道內(nèi)存——雙通道/三通道

    既然實現(xiàn)高位寬內(nèi)存條太難，那么就退而求其次，讓兩條內(nèi)存并行傳輸數(shù)據(jù)，同樣可以讓位寬翻倍。目前流行的雙通道技術(shù)就是如此，北橋或者CPU內(nèi)部整合了兩個獨立的64bit內(nèi)存控制器，同時傳輸數(shù)據(jù)等效位寬就相當(dāng)于128bit。

    Intel Nehalem核心CPU直接整合三通道內(nèi)存控制器，位寬高達192bit。但由于CPU、主板、內(nèi)存方面成本都增加不少，因此在主流Lynnfield核心CPU上面又回歸了雙通道設(shè)計。事實上服務(wù)器芯片組已經(jīng)能夠支持四通道內(nèi)存，對服務(wù)器來說成本方面不是問題，只是對穩(wěn)定性和容錯性要求很高。

● 內(nèi)存顆粒位寬：4/8/16/32bit

    理論上，完全可以制造出一顆位寬為64bit的芯片來滿足一條內(nèi)存使用，但這種設(shè)計對技術(shù)要求很高，良品率很低導(dǎo)致成本無法控制，應(yīng)用范圍很窄。

    所以內(nèi)存芯片的位寬一般都很小，臺式機內(nèi)存顆粒的位寬最高僅16bit，常見的則是4/8bit。這樣為了組成64bit內(nèi)存的需要，至少需要4顆16bit的芯片、8顆8bit的芯片或者16顆4bit的芯片。

    而顯卡對位寬要求很高，容量反而退居其次，所以顯存顆粒的位寬普遍比內(nèi)存顆粒大（這就是顯存和內(nèi)存主要區(qū)別之一），比如GDDR3/4/5顆粒都是32bit，4顆就能滿足低端卡128bit的需要，8顆可以滿足高端卡256bit的需要；而低端GDDR2顆粒為16bit，需要8顆才能組成低端卡128bit的需要。

● 內(nèi)存芯片的邏輯Bank

    在芯片的內(nèi)部，內(nèi)存的數(shù)據(jù)是以bit為單位寫入一張大的矩陣中，每個單元稱為CELL陣列，只要指定一個行一個列，就可以準(zhǔn)確地定位到某個CELL，這就是內(nèi)存芯片尋址的基本原理。這個陣列我們就稱為內(nèi)存芯片的BANK，也稱之為邏輯BANK（Logical BANK）。

    不可能只做一個全容量的邏輯Bank，因為單一的邏輯Bank將會造成非常嚴(yán)重的尋址沖突，大幅降低內(nèi)存效率。所以大容量內(nèi)存顆粒都是由多個邏輯Bank疊加而成的。簡單來說，我們可以把一個Bank看作是一片平面的矩陣紙，而內(nèi)存顆粒是由多片這樣的紙疊起來的。

    一個Bank的位寬就是內(nèi)存顆粒的位寬，內(nèi)存控制器一次只允許對一個Bank進行操作，由于邏輯Bank的地址線是公用的，所以在讀寫時需要加一個邏輯Bank的編號，這個動作被稱為片選。

● 內(nèi)存條的物理Bank

    內(nèi)存控制器的位寬必須與內(nèi)存條的位寬相等，這樣才能在一個時鐘周期內(nèi)傳輸所有數(shù)據(jù)，這個位寬就被成為一個物理Bank（通常是64bit），每條內(nèi)存至少包含一個Bank，多數(shù)情況下?lián)碛卸€物理Bank。

    一個物理Bank不會造成帶寬浪費，理論上是最合理的配置，但為了實現(xiàn)大容量內(nèi)存，單條內(nèi)存多物理Bank也是允許的，但內(nèi)存控制器所能允許的最大Bank數(shù)存在上限，常見的是雙物理Bank設(shè)計，只有特殊內(nèi)存或者服務(wù)器內(nèi)存才會使用四Bank以上的設(shè)計，因為這種內(nèi)存兼容性不好，“挑”芯片組。

    事實上顯卡上也存在雙物理Bank設(shè)計，目的就是為了實現(xiàn)超大顯存容量，比如1GB的9800GT，正反兩面共有16顆16M×32bit的GDDR3顯存，總位寬達512bit，實際上顯存控制器只支持256bit，這樣就是雙物理Bank。