DDR4內存性能的飛躍

一些數字可以讓我們更深入地了解DDR4內存，第一個數字是32億，DDR4內存每秒傳輸32億次。雖然用于個人電腦的第一個模塊傳輸速率將只有2 133MHz，但是目前用于個人電腦的DDR3模塊傳輸速率最快的也只有1 066MHz。這意味著，DDR4內存的速度起碼是速度最快的DDR3內存的兩倍。其次，DDR4內存的存儲容量將大幅提升，模塊的最小容量的內存將會是4GB。而更重要的是，在內存性能大幅提升的同時，工作電壓與功耗將會降低。

為了實現這種性能的飛躍，負責制定內存標準的電子設備工程聯合委員會（JEDEC）對模塊進行了大幅度的修改。第四代內存模塊將有更多的引腳，以確保內存與主板的連接能夠滿足更高傳輸速度的需求，并且每個DIMM（Dual In-line Memory Module，雙列直插內存模塊）都有直接連接到CPU控制器的線路，以防止從CPU傳輸數據到內存時出現延遲而造成瓶頸的產生。

不過，通過這種點對點的技術取代現有的多點總線，每一個內存通道將只能夠支持一個內存模塊。因而，DDR4內存需要新的CPU控制器而無法在現有的主板上使用。預計2014年年底，英特爾將推出第一個使用DDR4內存的高性能CPU的Haswell。不過，低價位的個人電腦DDR4內存不會在2015年前推出，有可能需要等到2015年英特爾推出Haswell接班者Broadwell的時候。

DDR4 Bank的秘密

DDR4的大部分創新都涉及到它的內部結構，一個DIMM由一組控制器控制的內存芯片組成，而Bank（內存庫）是芯片內部的核心單元，內存性能的好壞完全由數據讀取或寫入時Bank的表現決定。在每次讀取或寫入過程中，Bank將打開一個字線，所有連接的晶體管將不再有電荷，晶體管的電荷對應一個數據位，數據將通過位線的信號放大器進行重寫。在DDR4中Bank的處理速度更快也更充分，因為DDR4一個字線的字節比DDR3要少。這種速度上的提升是可以測算的，tFAW（DRAM Four Active Window）負責定義激活字線的間隔時間，在DDR4模塊中，tFAW是20ns（納秒），而相同尺寸的DDR3內存是40ns（納秒）。

DDR4字線的長度已經減少到DDR3的四分之一，但其數量增加了一倍，因此，Bank的數據量只有DDR3的一半。但是另一方面，DDR4芯片的Bank數量是DDR3的兩倍，并且它們可以集結成組：每一個Bank組包含4個Bank。在Bank組的架構下允許Bank的數據快速傳輸到臨時存儲（預取）單元，最終傳遞到數據總線。這種傳輸使新一代的內存變得越來越復雜，DDR2時代位線信號放大器的工作時鐘頻率最大為266MHz，為了實現更高的數據速率，制造商提高了內存的并行處理能力，一個DDR2內存芯片可以并行從4個Bank收集數據，DDR3內存可以從8個Bank捕獲預取數據，從而實現更高的時鐘頻率傳輸數據，而DDR4如果也將并行處理的能力增加一倍，那么這將需要更寬的數據總線。JEDEC為了避免出現這種情況，并沒有增加芯片預取的數量，相反，通過Bank組的方式處理預取數據，確保在大幅度提升時鐘頻率的同時數據總線的寬度保持不變。

耗電少、更穩定

DDR4還將具備一些新的功能，可以降低其電力需求和提高其可靠性。首先，毫無疑問，較短的字線將有助于節約能源，因為它需要更少的能量來激活。這使得DDR4的工作電壓可以從DDR3的1.5V（伏）降低到1.2V，此外，其內存芯片有一個獨立的電源，必要時可以將工作電壓提升到2.5V。

與此同時，DDR4模塊還能夠動態地調整其刷新頻率，與閃存不同，內存模塊的RAM單元不能永久地保存其內容。存儲其中的內容需要定期進行刷新，這個刷新間隔取決于工作溫度，最慢是64ms（毫秒）。DDR3中刷新間隔是被精確定義的固定值，而DDR4則可以根據工作的溫度靈活地調整刷新間隔，以達到節約能源的目的。不要小看這一細微的差異，與DDR3相比，僅此功能DDR4已經減少了20%的能源需求。而總體上，根據JEDEC的介紹，節省的電力大約在30%～40%之間。

另一項改變是DDR4集成了錯誤檢測和校正功能，可以比DDR3更快速地執行錯誤檢測和校正。還有另外一項面向未來的功能，那就是DDR4標準中目前無人實施的芯片堆疊功能，在此功能的支持下，制造商可以堆疊RAM單元多達8層，極大地增加了內存的存儲密度，允許存儲單元容量達到512GB。不過，以目前的技術，這將會是一個巨大的模塊，比市場上最新的固態硬盤還要大。endprint