一代更比一代强！一文带你回顾DDR内存的前世今生

Posted 2021-10-14 一口Linux

根据冯诺·依曼结构，计算机中要有存储器。所以直到今天，内存和硬盘仍然在电脑中占有非常重要的地位。与大容量的硬盘不同，内存在存取速度上有着非常惊人的表现，但是断电后又不能保存存入的信息。因此在电脑硬件长期的发展过程中，内存一直扮演着中转站的角色。和其他硬件一样，内存遵循着摩根定律，从最远古的SIMM到DDR的出现，再以DDR为基础进行迭代，内存标准以及规格发生了很大变化。今天，我们就来了解DDR内存的发展历程。

起源

在最初的电脑上是没有内存条的，内存是直接以DIP芯片的形式安装在主板的DRAM插座上面，且需要安装8到9颗这样的芯片，而容量只有64KB到256KB，要扩展相当困难。但这对于当时的处理器和程序来说已经足够了，直到80286芯片的出现，让硬件和软件都渴求更大的内存，于是内存条应运而生。

在80286时代，我们看到了内存的早期形式：SIMM（Single In-line Memory Modules）。最初的SIMM内存采用30Pin设计，单根内存数据总线只有8bit，如果用在16位数据总线处理器上就需要两根SIMM内存条，而用在32位数据总线处理器上就需要四根。这导致SIMM内存的采购成本一点都不低，还会增加故障率，所以30Pin SIMM内存并不是受到所有人欢迎。

随后诞生了72Pin SIMM内存，单根内存位宽增加到32位，一根就可以满足32位数据总线处理器，拥有64位数据总线的处理器则需要两根。内存容量也有所增加，从30Pin时代的256KB增加到512KB、1MB甚至是2MB。它的出现很快就替代了30Pin SIMM内存。

在72Pin内存时代，还有一个衍生物，那就是FP DRAM，也称作快页内存，不过限于其定时刷新的工作原理，导致这种内存的数据存取速度并不快。但是这种内存却意外地成为了内存发展承上启下的关键，因为之后的内存规范，与FP DRAM在原理上非常相似。

接着，EDO RAM出现在众人面前，它也是72Pin SIMM的一种，拥有更大的容量和更先进的寻址方式，简化了数据访问的流畅，读取速度要FPM DRAM快不少。

然而随着CPU的升级EDO RAM已经不能满足系统的需求，内存技术也发生了大革命，插座从原来的SIMM升级为DIMM(Dual In-line Memory Module)，而内存也迎来了经典的SDR SDRAM（Single Data Rate SDRAM，同步型动态存储器）时代。

SDRAM为内存带来的新的生机，其64bit的带宽与当时处理器的总线宽度保持一致，这就表示一条SDRAM就能够让电脑正常运行，这样大大地降低了内存的购买成本。由于内存的传输信号与处理器外频同步，所以在传输速度上，DIMM标准SDRAM要大幅领先于SIMM内存。

后来，凭借Socket 478 Pentium获得的巨大成功，Intel开始有些“膨胀”，联合Rambus共同定制了Rambus DRAM内存规范，旨在创造市面上最高速的内存产品。其内部RISC架构、高频率和高带宽的优势一度被认为是内存市场的新宠儿，Intel也对自己的Rambus DRAM充满信心，并寄希望于Rambus DRAM配合Pentium 4处理器，建立属于自己的王朝。但是Rambus最终并没有得到市场的认可，究其原因，就是因为Rambus内存高昂的售价以及“巨大”的发热量。加上Rambus DRAM必须安装两条才能够使用，这就大大提高了这种内存的使用门槛。最终，Rambus DRAM没有经受住市场的考验，被价格更低的DDR SDRAM踩在了脚下。

Rambus DRAM的失败让市场再一次关注到SDR SDRAM上，但是当年的SDR SDRAM已经尽显老态。所以SDRAM需要新的标准才能继续前进。幸运的是，这回内存的发展并没有走弯路，于是我们看到了内存市场的新王者：DDR SDRAM。

DDR

DDR（Double Data Rate）SDRAM，中文名为双倍数据率同步动态随机存取存储器，它是SDR SDRAM的升级版，DDR SDRAM在时钟周期的上升沿与下降沿各传输一次信号，使得它的数据传输速度是SDR SDRAM的两倍，而且这样做还不会增加功耗，至于定址与控制信号与SDR SDRAM相同，仅在上升沿传输，这是对当时内存控制器兼容性与性能的折中。

DDR SDRAM采用184Pin的DIMM插槽，防呆缺口从SDR SDRAM时的两个变成一个，常见工作电压2.5V。初代DDR内存的频率是200MHz，随后慢慢的诞生了DDR-266、DDR-333和那个时代主流的DDR-400，至于那些500MHz、600MHz、700MHz的都算是超频条了。DDR内存刚出来的时候只有单通道，后来出现了支持双通道的芯片组，让内存的带宽直接翻倍，容量则是从128MB增加到1GB。

DDR2

DDR2（Double Data Rate 2）SDRAM是由JEDEC（电子设备工程联合委员会）进行开发的新生代内存技术标准，它与上一代DDR内存技术标准最大的不同就是，虽然同是采用了在时钟的上升/下降沿同时进行数据传输的基本方式，但DDR2内存却拥有两倍以上于上一代DDR内存预读取能力（即：4bit数据读预取）。换句话说，DDR2内存每个时钟能够以4倍外部总线的速度读/写数据，并且能够以内部控制总线4倍的速度运行。

DDR2内存技术最大的突破点其实不在于用户们所认为的两倍于DDR的传输能力，而是在采用更低发热量、更低功耗的情况下，DDR2可以获得更快的频率提升，突破标准DDR的400MHZ限制。此外，DDR2内存采用1.8V电压，相对于DDR标准的2.5V，降低了不少。DDR2的频率从400MHz到1200MHz，当时的主流的是DDR2-800，更高频率其实都是超频条，容量从256MB起步到最大4GB，不过4GB的DDR2是很少的，在DDR2时代的末期大多是单条2GB的容量。

DDR3

DDR3提供了相较于DDR2 SDRAM更高的运行效能与更低的电压，是DDR2 SDRAM的后继者。和上一代相比，DDR3在许多方面作了新的规范，核心电压降低到1.5V，预取从4-bit变成了8-bit。这也是DDR3提升带宽的关键，同样的核心频率DDR3能够提供两倍于DDR2的带宽。此外，DDR3还新增了CWD、Reset、ZQ、STR、RASR等技术。

DDR3内存与DDR2一样是240Pin DIMM接口，不过两者的防呆缺口位置是不同的，不能混插。常见的容量是512MB到8GB，当然也有单条16GB的DDR3内存，只不过很稀少。频率方面从800MHz起步，一般能买到的最高频率为2400MHz，实际上有厂商推出了3100MHz的DDR3内存，只是比较难买得到。

DDR4

DDR4相比DDR3最大的区别有三点：16bit预取机制（DDR3为8bit），同样内核频率下理论速度是DDR3的两倍；更可靠的传输规范，数据可靠性进一步提升；工作电压降为1.2V，更节能。

DDR4内存的针脚从DDR3的240个提高到了288个，防呆缺口也与DDR3的位置不同，还有一点改变就是DDR4的金手指是中间高两侧低有轻微的曲线，而之前的内存金手指都是平直的，DDR4既在保持与DIMM插槽有足够的信号接触面积，也能在移除内存的时候比DDR3更加轻松。相较于DDR3，DDR4理论上每根DIMM模块能达到512GiB的容量，而DDR3每个DIMM模块的理论最大容量仅128GiB；一个rank单元内的bank单元数量增长至16个，每个DIMM模块最高拥有8个rank单元。

DDR5

早在2017年，负责计算机内存技术标准的组织JEDEC就宣称将在2018年完成DDR5内存的最终标准，镁光、三星等厂商在2018年也就开始研发16GB的DDR5产品，甚至在去年几个厂商都已经开始逐渐量产DDR5内存。但是直到2020年7月，JEDEC才正式发布了DDR5内存的标准，而且起跳就是4800MHz，这比原先想象的要高出不少。

据JEDEC介绍，全新DDR5标准将提供两倍于上代的性能并大大提高电源效率。在全新DDR5内存标准下，最高内存传输速度能达到6.4Gbps，与之对比，在DDR4内存标准下最高内存传输速度只能达到3.2Gbps。此外，DDR5也改善了DIMM的工作电压，将电压从DDR4的1.2V降至1.1V，能够进一步提升内存的能效表现。在内存密度方面，DDR5内存标准将允许单个内存芯片的密度达到64Gbit，这比DDR4内存标准的16Gbit密度高出4倍。如此高的内存密度，再结合多芯片封装技术，可以实现最高40个单元的堆叠，如此堆叠的LRDIMM有效内存容量可以达到2TB。

最后

从DDR到DDR5，不同性能参数差异主要体现在2个地方：电源电压、数据传输速率。也就是电源电压值越来越低，而数据传输速率却是呈几何倍数增长。不过在现在内存标准趋于稳定的现在，我们很难在内存上找到过多的亮点。当然最终还是老事物会被新事物所取代，当有一天还未普及的DDR5不能更好地满足用户需求时，或者说无法匹配其他硬件的发展，将有新的规范出现。

原文：今日头条