章節目錄

第一章:記憶體動態特性與充放電機制

第二章:DRAM結構性瓶頸、I/O突破與預取技術

第三章:SDR與DDR技術與規格演進,SDR、DDR、DDR2差異性

第四章:主流老將DDR3,說好要來的DDR4在哪裡

第五章:因應GPU需求誕生的GDDR顆粒

第六章:初代GDDR2與兄弟gDDR2,稱霸市場的GDDR3

第七章:短命的GDDR4與高時脈霸主GDDR5

DRAM結構性瓶頸

記憶體的基本架構說簡單也簡單,就是由電晶體管與電容組成。先前也提過現實中不可避免地造成漏電現象,若電荷過少會造成資料錯誤,像是把1判讀成0,而這周期性地充電就是DRAM的特點。也因為物理與技術的限制,充電需要時間速度不可能無限提升(頻障),導致DRAM時脈容易達到上限,即便是透過製程精進也難以改變。

早期FP(Fast Page)與EDO(Extended Data Out)受到製程限制,當時的時脈僅有25MHz、50MHz。到了SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory,同步動態隨機存取記憶體)時期,時脈一路從66MHz提升至133MHz。此時碰到了瓶頸,時脈無法有效地提升,SDR SDRAM之後的DDR(Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory,簡稱DDR SDRAM或DDR)、DDR2、DDR3官方(JEDEC)核心時脈大多在100~200MHz之間,超頻版也多在250MHz徘徊,高時脈的不穩定性導致實用性不佳。但你要說,DDR時脈怎麼會只有100MHz?那DDR-400是什麼?這裡就要來說說核心時脈、I/O時脈與等效時脈的關係。

記憶體10年技術演進史,系統顆粒DDR與顯示顆粒GDDR差在哪?

▲受到製程與技術限制,早期記憶體時脈不到100MHz。

記憶體10年技術演進史,系統顆粒DDR與顯示顆粒GDDR差在哪?

▲電力方面即便是相同時脈的記憶體,DDR3-800仍略低於同時脈的DDR2-800,因前者電壓是1.5V,後者則是1.8V。

記憶體10年技術演進史,系統顆粒DDR與顯示顆粒GDDR差在哪?

▲記憶體是由陣列組成,每bit單元是由電容與電晶體管組成。來源:wikipedia

碰到瓶頸拿I/O當切入點

記憶體的核心時脈受到充電機制的影響,不能無限制地提升,這就是先前所說的電容充電頻率限制。既然核心時脈無法提升,那能不能透過某個機制轉換呢?於是透過改變I/O Buffer(輸入/輸出緩衝單元)的方法就誕生了,後來大家熟知的DDR、DDR2、DDR3以及顯示記憶體用的GDDR等產品都是應用該技術提升時脈。

其中DDR-400、DDR2-800、DDR3-1600等規格,指的並非核心時脈,剛剛說過因為充電機制限制,核心時脈其實只有133~200MHz不等。DDR時期的產品,不能只看核心時脈,記憶體共有3個影響時脈的關鍵,分別是核心時脈、I/O Buffer,以及最後的等效時脈(資料傳送頻率),三者互相影響才有所謂的DDR記憶體。

記憶體10年技術演進史,系統顆粒DDR與顯示顆粒GDDR差在哪?

▲圖中可以看出,各代DDR顆粒核心時脈相同情況下,大多是透過I/O與預取技術增加傳輸效能。備註:核心頻率=核心時脈,時鐘頻率=I/O時脈,數據傳輸率=記憶體頻寬。來源:PCPOP

記憶體10年技術演進史,系統顆粒DDR與顯示顆粒GDDR差在哪?

▲核心時脈都在133~200MHz之間,各代DDR顆粒主要差異在於I/O時脈。

記憶體的預取原理

DDR最重要的革新,就是所謂Prefetch(預取)技術,DDR、DDR2、DDR3的分別採用2bit、4bit、8bit預取技術,藉此得以讓時脈翻倍。預取簡單來說,就是在I/O控制器發出請求之前,預先準備好2bit、4bit、8bit的資料。可將其視為並行(Parallel)轉換為串行(Serial),有點類似多通道或RAID技術。其轉換類似多條水管連接到某個裝置,若輸出的水管口徑相同,那麼水壓(速率)必定提升。了解完記憶體的運作與預取原理,了解各類型DRAM就有基本概念了,接下來我們來看看SDRAM各時期記憶體的特色與差異。

記憶體10年技術演進史,系統顆粒DDR與顯示顆粒GDDR差在哪?

▲各代DDR主要差異在於預取的量,透過並行(Parallel)轉換為串行(Serial)的方式提升效能。

下一章:SDR與DDR技術與規格演進,SDR、DDR、DDR2差異性

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Grz
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6.  Grz (發表於 2014年3月07日 14:05)
※ 引述《tandee》的留言:
> ※ 引述《PCABC》的留言:
> > 看完了
> > 不夠過癮啊
>
> 可惡,看樣子要加碼特別篇了(倒)

說好了就不反悔呀
魯蛇實驗室
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7.  魯蛇實驗室 (發表於 2014年3月07日 14:36)
※ 引述《Grz》的留言:
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> > ※ 引述《PCABC》的留言:
> > > 看完了
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> 說好了就不反悔呀

目前在寫Tegra K1架構設計,記憶體續戰篇待有空再來處理(逃)
Roy Hu
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8.  Roy Hu (發表於 2014年3月07日 17:18)
※ 引述《tandee》的留言:
> ※ 引述《Grz》的留言:
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> 目前在寫Tegra K1架構設計,記憶體續戰篇待有空再來處理(逃)

我要RAMBUS!(敲碗)
KoGaSenRx
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9.  KoGaSenRx (發表於 2014年3月07日 22:48)
好久沒看到這種解釋文...

不過能不能寫一下顯示卡上頭的DDR3 跟 GDDR3 的恩怨

很多消費者還分不清這兩者是同一個還是不同東西

又會跟系統記憶體的DDR3 扯在一塊...
魯蛇實驗室
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10.  魯蛇實驗室 (發表於 2014年3月08日 09:19)
※ 引述《KoGaSenRx》的留言:
> 好久沒看到這種解釋文...
>
> 不過能不能寫一下顯示卡上頭的DDR3 跟 GDDR3 的恩怨
>
> 很多消費者還分不清這兩者是同一個還是不同東西
>
> 又會跟系統記憶體的DDR3 扯在一塊...

原來我寫了gDDR2跟GDDR2,卻漏了gDDR3跟GDDR3,找個時間來補上,謝謝你的建議
t7
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12.  t7 (發表於 2014年3月10日 00:41)
是否可以新增單頁全文閱讀的模式讓讀者選擇,要換頁真的麻煩
魯蛇實驗室
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14.  魯蛇實驗室 (發表於 2014年3月10日 12:45)
※ 引述《t7》的留言:
> 是否可以新增單頁全文閱讀的模式讓讀者選擇,要換頁真的麻煩

你好,這點我們會建議技術部門,看能否增加全頁閱讀的模式,謝謝你的建議

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