滄海桑田話存貯 內(nèi)存/顯存發(fā)展編年史
相信很多人都知道，DDR1/2/3內(nèi)存最關(guān)鍵的技術(shù)就是分別采用了2/4/8bit數(shù)據(jù)預(yù)取技術(shù)（Prefetch），由此得以將帶寬翻倍，與此同時(shí)I/O控制器也必須做相應(yīng)的改進(jìn)。
● DDR1/2/3數(shù)據(jù)預(yù)取技術(shù)原理：
預(yù)取，顧名思義就是預(yù)先/提前存取數(shù)據(jù)，也就是說(shuō)在I/O控制器發(fā)出請(qǐng)求之前，存儲(chǔ)單元已經(jīng)事先準(zhǔn)備好了2/4/8bit數(shù)據(jù)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)這就是把并行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)流，我們可以把它認(rèn)為是存儲(chǔ)單元內(nèi)部的Raid/多通道技術(shù)，可以說(shuō)是以電容矩陣為單位的。
內(nèi)存數(shù)據(jù)預(yù)取技術(shù)示意圖：并行轉(zhuǎn)串行
這種存儲(chǔ)陣列內(nèi)部的實(shí)際位寬較大，但是數(shù)據(jù)輸出位寬卻比較小的設(shè)計(jì)，就是所謂的數(shù)據(jù)預(yù)取技術(shù)，它可以讓內(nèi)存的數(shù)據(jù)傳輸頻率倍增。試想如果我們把一條細(xì)水管安裝在粗水管之上，那么水流的噴射速度就會(huì)翻幾倍。
明白了數(shù)據(jù)預(yù)取技術(shù)的原理之后，再來(lái)看看DDR1/2/3內(nèi)存的定義，以及三種頻率之間的關(guān)系，就豁然開(kāi)朗了：
● SDRAM（Synchronous DRAM）：同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器
之所以被稱為“同步”，因?yàn)镾DR內(nèi)存的存儲(chǔ)單元頻率、I/O頻率及數(shù)據(jù)傳輸率都是相同的，比如經(jīng)典的PC133，三種頻率都是133MHz。
SDR在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)只能讀/寫(xiě)一次，只在時(shí)鐘上升期讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)，當(dāng)同時(shí)需要讀取和寫(xiě)入時(shí)，就得等待其中一個(gè)動(dòng)作完成之后才能繼續(xù)進(jìn)行下一個(gè)動(dòng)作。
● DDR（Double Date Rate SDRAM）：雙倍速率同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器
雙倍是指在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)傳輸兩次數(shù)據(jù)，在時(shí)鐘的上升期和下降期各傳輸一次數(shù)據(jù)(通過(guò)差分時(shí)鐘技術(shù)實(shí)現(xiàn))，在存儲(chǔ)陣列頻率不變的情況下，數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到了SDR的兩倍，此時(shí)就需要I/O從存儲(chǔ)陣列中預(yù)取2bit數(shù)據(jù)，因此I/O的工作頻率是存儲(chǔ)陣列頻率的兩倍。
DQ頻率和I/O頻率是相同的，因?yàn)镈Q在時(shí)鐘上升和下降研能傳輸兩次數(shù)據(jù)，也是兩倍于存儲(chǔ)陣列的頻率。
● DDR2（DDR 2 SDRAM）：第二代雙倍速率同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器
DDR2在DDR1的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)預(yù)取位數(shù)從2bit擴(kuò)充至4bit，此時(shí)上下行同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)（雙倍）已經(jīng)滿足不了4bit預(yù)取的要求，因此I/O控制器頻率必須加倍。
至此，在存儲(chǔ)單元頻率保持133-200MHz不變的情況下，DDR2的實(shí)際頻率達(dá)到了266-400MHz，而（等效）數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到了533-800MHz。
● DDR3（DDR 3 SDRAM）：第三代雙倍速率同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器
DDR3就更容易理解了，數(shù)據(jù)預(yù)取位數(shù)再次翻倍到8bit，同理I/O控制器頻率也加倍。此時(shí)，在存儲(chǔ)單元頻率保持133-200MHz不變的情況下，DDR3的實(shí)際頻率達(dá)到了533-800MHz，而（等效）數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá)1066-1600MHz。
綜上可以看出，DDR1/2/3的發(fā)展是圍繞著數(shù)據(jù)預(yù)取而進(jìn)行的，同時(shí)也給I/O控制器造成了不小的壓力，雖然存儲(chǔ)單元的工作頻率保持不變，但I(xiàn)/O頻率以級(jí)數(shù)增長(zhǎng)，我們可以看到DDR3的I/O頻率已逼近1GHz大關(guān)，此時(shí)I/O頻率成為了新的瓶頸，如果繼續(xù)推出DDR4（注意不是GDDR4，兩者完全不是同一概念，后文會(huì)有詳細(xì)解釋?zhuān)┑脑挘瑢?huì)受到很多未知因素的制約，必須等待更先進(jìn)的工藝或者新解決方案的出現(xiàn)才有可能延續(xù)DDR的生命。
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