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英特尔在今年6月推出3系列(p3x 、G3x)芯片组,正式将DOR3内存正式带八桌面领域,这也标志着内存技术开始从现行的DDR2逐步转人DOR3体系。也是在这个月,JEDEC(Jo_nIEectron Device Englneenng council、电子元器件工业联台会征式完成了DDR3内存技术标准的制定;不过在此之、未雨绸缪的内存厂商已经迫不及待地相继推出DDR3内存产品、以期望在即将到来的DDR3时代中抢得先机。
与DDR2相比,DDR3内存将工作在更高的频率下,这也意味着更快的数据传输速度和整机系统性能的又一次提升,除此之外DDR3内存还有低功耗的优点,其访问延迟也比0DR2内存有了可观的下降。在产业界都做好准备的情况下,DDR3内存将会逐渐切人市场并在未来的1~2年内完成向主流市场的过渡,有意思的是,与英特尔前卫的作风不同AMD似平并不愿、意冒推广新技术的风险,但它也宣布将在2008年实现对DOR3内存的支持、届时ODR2很有可能被提前终结,DDR3毋庸置疑将成为内存市场新的主导力量。
内存技术的回顾与发展
在PC发展历史中,CPU速度与内存速度总是在交替中提升,两者的关系也密不可分。CPU运算所需的所有数据都来自于内存,同样,CPU运算生成的数据也必须存放在内存,如果内存速度跟不上,那么CPU就会浪费很多时间在数据等待上面,这不可避免影响了CPU性能的发挥。正因为如此.CPU与内存总是捆绑在一起构成一套“运算子系统(平台)”,而这个“平台”的升级也往往是以内存规格的升级为主要标志的。
想当初,DDR2内存从2003年开始切入市场,第一代DDR发展到400MHz便嘎然而止,尽管内存厂商能够量产出500MHz甚至更高频率的产品,但JEDEC并没有考虑对DDR规范进行扩充,而是直接转入DDR2体系。DDR2标准同样是从400MHz起步,分别为DDR2 400、DDR2 533、DDR2 667和DDR2 800。但由于DDR2的访问延迟比DDR多了几个周期,导致DDR2 400和DDR2 533内存都没有表现出比DDR 400更好的性能优势;直到DDll2 667之后,更高的时钟频率有效缩短了内存的整体延迟,同时带宽的提升也在应用中表现出明显的性能增益,此时的DDR2才被大规模接受,事实上我们也可以认为DDR2的时代是从DDR2 667开始的。目前业界正在向DDR2 800过渡,英特尔和AMD平台都可以良好支持DDR2 800。
现阶段DDR3开始在英特尔平台中获得支持,但限于价格因素,DDR3更多会在高阶市场,主流市场还是以DDR2 800为主。AMD平台方面,DDR2 800的生命周期估计将持续到08年中期,因为AMD的第一代K10架构产品均只能支持到DDR2 800规范。我们现在也可以在市场上看到一些DDR21066的内存产品,但JEDEC的认证只到DDR2 800为止,因此DDR21066实际上是非标准的产品。AMD在半年前就游说JEDEC,希望能够将DDR2 1066列为正式标准,这样它的K10平台就不会在内存方面落后于对手;不过这项建议并没有得到JEDEC的支持,但在AMD的强推下DDR2 1066仍然能够获得一定的发展空间。
根据JEDEC推出的规范,DDR 3体系共有800MHz、1066MHz、l 333MHz和1600MHz四个版本。除了工作频率更高外,DDR3与DDR2相比还做了很多细节上的改动,例如DDR3的功耗和延迟时间更低、采用新颖的Fly-by总线架构、引人“重置(Re set)”功能等等,甚至连电压信号也一分为二。这些改进相信也是很多读者朋友们非常感兴趣的地方,下面我们就针对它们作一一介绍。
DDR3的提速法门:8bil预取与4倍时钟频率
DDR3的结构设计可以说“借鉴”了很多DDR2的成份,那么DDR3如何实现数据频率的大幅度提升呢?答案就在于DDR3采用8bit预取机制以及4倍的时钟频率,这是其比DDR2速度更快的主要原因。
那什么是预取,它与时钟频率又有什么关系呢?要清楚解释这个问题,我们还必须从DDR和DDR2谈起。
我们知道,内存颗粒有三种不同的频率指标,它们分别是DRAM核心频率、时钟频率和(等效)数据传输频率,核心频率即为内存CelI阵列(Memory cell Array)的工作频率,时钟频率则为内存总线的工作频率、数据传输的I/O Buffer也是受其控制,而等效数据传输频率则是指数据传送的频率。早期的SDRAM属于同步DRAM技术体系,它的数据传输频率与时钟周期同步,并且也与DRAM核心频率相同。以PC-l33SDRAM为例,它的核心频率,时钟频率与数据传输频率都是133MHz。
DDR内存实现了双倍数据率传输(DOUbleData Rating),它可以在一个时钟周期传输两次数据,即分别在时钟的上升沿和下降沿分别激发一次,这样它的数据传输频率就达到时钟频率的两倍,而它的核心频率仍然与时钟频率相同,例如DDR400内存,它的核心频率与时钟频率都只有200MHz。双倍数据率意味着从内存核心要在一个时钟周期内供给两倍的数据,为了做到这一点,DDR内存引入了2bit预取设计,在预取机制中,内存Cell阵列的数据先被输入到I/O Buffer缓冲中,然后再从I/O Buffer向内存总线输出。而2bit预取则意味着每个时钟周期内存Cell阵列都会发送2bi数据到I/O Buffer内暂存,以满足下个时钟周期的两次数据传送。
DDR2在DDR基础上将性能提升了一倍,它的最高数据传输频率达到800MHz,但DDR2 800的核心频率仍然只有200MHz、也就是和DDR400相当,那么,它又是如何做到的呢?答案很简单:DDR2引入了4bit预取和频率不对等的设计,控制I/O Buffer的时钟频率提升到核心频率的2倍,而数据传输频率仍为时钟频率的2倍,也就是说DDR2的数据传输频率达到核心频率的4倍!接下来的DDR3同样是沿着这条道路前进:它将预取位数提高到8bit,并将时钟频率提升为核心频率的4倍——假设其核心频率为100MHz,那么时钟频率就达到400MHz,数据传输频率则高达800MHz,这也就是DDR3 800的设计标准。
在数据频率不断提升的过程中。内存的核心频率始终保持相对稳定,这主要受到DRAM结构的先天限制一作为一种并行传输的内存技术,DRAM核心无法达到很高的工作频率,当年英特尔一度认为SDRAM体系很难保持后继发展,这才冒险推行RDRAM内存技术。在 后来的DDR,DDR2和现在的DDR3,我们看到的是数据频率以翻倍的速度提升,而核心频率几乎保持不变,例如DDR400内存已达到200MHz核心频率,现在的DDR2-800、乃至未来的DDR2-1600也都只能达到这个数字。只有非标准的DDR2-1066能够将核心频率提高到266MHz,但这更多是由于引入更先进的半导体制造技术所致。
迷惑不在:更短的延迟时间
在从DDR升级到DDR2的过程中,延迟时间过长的毛病一直被用户诟病,搭载DDR2533内存的系统很多时候在性能上甚至不如老旧的DDR400平台,原因就在于前者的访问延迟较长,进而影响了整体性能的发挥。我们知道,内存子系统主要根据两项指标来判断性能:其一就是带宽,它表示内存子系统的数据吞吐能力;其二就是访问延迟,它表示从内存从收到读写指令到实际发送/接纳数据所经历的时间。对于3D图形渲染,井行计算、高清视频解码等涉及高数据量传输的应用中,带宽高低往往更为人看中;但在常规应用中,访问延迟会对整体性能有着更大的影响。
DDR2由于引入4bit预取的I/O Buffer,导致其延迟周期有了明显的增加,JEDEC规范所定义的DDR2533、DDR2 667和DDR2 800的访问延迟指标分别为4-4-4、5-5-5和6-6-6,但延迟指标对于内存性能的影响却不能直接以时钟周期来评判。
访问延迟是什么?
根据JEDEC规范,DDR400的访问延迟一般为3-3-3,第一个数字表示内存读取数据所需的延迟时司(CAS Latency),即我们常说的CL值.第二个数字表示从内存行地址到列地址的延迟时司(IRCD);第三个数字表示内存行地址控制器预充电时间(1RP),即内存从结束一个行访问到重新开始的间隔时同。延迟的数字表示多少个时钟周期,例如DDR4D0的3-3-3则表示三种延迟都为3个时钟周期。是以实际的时间为基础,也就是以“纳秒”作为单位,这就意味着必须将频率指标也考虑在内——延迟时间越短、意味着CPU能够越快得到数据、内存性能越出色,而延迟时间短并不意味着延迟周期也比较短,频率高低在这里起到相当关键的作用。
DDR2标准就是一个典型的例子、虽然从DDR2533、DDR2 667到DDR2 800的延迟周期都不相同,但三者的延迟时间都是15ns。换句话说,DDR2内存在访问延迟指标上其实都是相同的,频率的提升并没有对延迟性能造成不良影响。
同样的例子也出在DDR3身上——根据JEDEC的规范定义,DDR3 1066、DDR3 1333及DDR3 1600的CL值分别为7—7—7、8—8—8及9-9-9,但它们的延迟时间分别是13.125纳秒、12.O纳秒以及11.25纳秒;也就是说,DDR3不仅在带宽指标上优胜于DDR2,而且比DDR2有着更低的访问延迟。因此,DDR3推广的阻力会比当年DDR2取代DDR时小很多,只是目前市面上DDR2 1066规格的内存不少,延迟指标又普遍强于JEDEC的规范、比同频率的DDR3 1066还要略快一些,或许DDR3要等到1333MHz频率时方能显示出明显的性能的优势。
新特性:DDR3的新改进
DDR2内存能够取代DDR内存,不仅是因为带宽上的优势,还有非常重要的一条,那就是DDR2在节能上比DDR更有优势。同样的,DDR3的低功耗特性对于移动设备来说意义重大,功耗降低可以显著延长设备电池的续航能力。英特尔在(今年)春季的IDF峰会上就对分别搭载DDR2与DDR3的移动机型做了对比,在高清视频播放模式下,DDR3机型的电池时间可比同配置DDR2机型高出20~30分钟,节能效果十分显著。
DDR3的低功耗主要得益于较低的核心电压,第一代DDR内存的核心电压达到2.5V,DDR2降低到l.8V,而DDR3则进一步降低到1.5Vt此外,I/O Buffer也采用低功耗设计,I/O Driver的阻值从DDR2的34欧姆降低到18欧姆,这也可以带来明显的功耗降低——整体而言,DDR3内存拥有更为出色的带宽功耗比(Bandwit曲perwatt,每瓦能耗的带宽指标),假设DDR2 800的功耗/带宽比为参照点l,那么DDR3 800的比值就只有O.72,相当于在相同带宽前提下,DDR3 800的功耗和DDR2 800相比有28%的降幅;即便是更高性能的DDR3 1066、它的比值也只提升到0.83,功耗降幅也达到17%。因此,从DDR2升级到DDR3,内存系统的功耗将明显降低,移动设备也可因此获得更长的电池续航力。
DDR3的节能特性不仅于此,新引入的“重置(Rese)”功能也使DDR3可以保持较低的功耗指标,而且该功能可以让DDR3的初始化操作变得简单——DDR3内存颗粒中专门增加了一个重置引脚,当信号激活时,DDR3内存将停止所有操作,大部分功能都被关闭,包括数据接收、发送动作均告停止,内部的程序装置也将复位,数据总线上的任何请求都不被理睬。在此期间,DDR3内存可以保持极低的耗电量。
DDR3的刷新机制也获得低功耗适应的改良。我们知道,所有DRAM体系的内存技术都必须不断进行刷新fRefresh)才能保全数据,“刷新”也是DRAM最重要的动作之一。一般来说,刷新操作分为自动刷新(AutoRefresh,简称AR)与自主刷新(Self Refresh,简称SR)两种类型,而DDR3则采用两者混合的自动-自主刷新设计fASR,Automatlc SeIfRefres h1。它的特点是利用一个温度传感器来控制刷新动作的频率,如果刷新频率较高,DRAM核心的温度也随之升高,而温度传感器的作用就是在保证数据不丢失的前提下、将刷新频率降到最低点,以此达到降低温度和节能的目的。不过,ASR功能只作为DDR3的可选设计,目前市面上的DDR3内存是否支持该功能尚不明确。
为了弥补这一点,DDR3还可支持一项叫做“自主刷新温度范围(Self-Refresh Temperature,简称SRT)”的机制,它提供普通温度(例如0℃至85℃)和扩展温度(例如最高到95℃),对于这两种温度范围,DDR3都以固定的频率和电流进行刷新动作,当然这两种情况的频率/电流指标并不相同。
此外,DDR3还有一个名为“局部自主刷新”(PartialArray Self-Refresh,简称RASR)的可选功能,它可以只对部分逻辑BANK进行刷新,而不是对全部的BANK都进行刷新,这样做也可以降低高频率刷新带来的能耗。对于笔记本电脑来说,只要系统未处于满负荷运转状态下,内存的刷新动作就可以因地制宜地削减,以节约出更多的电力。
除了内存芯片内部的设计改变,DDR3系统的连接模式也与DDR2大不相同。现行的DDR2采用星形并联连接方式,不论是命令/地址总线还是数据总线都是如此,而DDR3的总线拓扑改为“F1y-by(飞跃)”模式,命令,地址总线从第一枚内存芯片开始、依次到达终点,总线的拓扑变成串联的结构,这样做的好处是确保高频率下信号路径能够保持平稳,但它也会因此导致时钟信号和数据信号之间出现飞行时间斜移(fight time skew),而这一点通常都是以交错DQ信号来作出补偿。
在模组设汁方面,DDR3与DDR2类似,分别包括针对台式机的标准DIMM、针对笔记本电脑的So-DIMM和Mlcro—DIMM、以及针对服务器的FB—DlMM 2,其中FB-DIMM 2将采用规格更高的AMB2(高级内存缓冲器)芯片,但由于英特尔对FB-DIMM热情不在、基于DDR3技术的FB-DIMM 2前景如何现在还不得而知。 DD R3的其他新功能包括引人寻址时序(Timing)、zQ校准和引入两个参考电压,这些设计都是为DDR3在高频下的稳定运作提供保证,对此我们不作过多的介绍。
总结
在DDR2的潜力尚未充分发掘的时候,更先进的DDR3已经准备作好进入市场的准备。英特尔的“3”系列平台将成为DDR3的首个表演场,尽管初期DDR3不会带来明显的性能增益,但随着频率的提升,DDR3必定会快速切入主流市场。而对于移动平台,DDR3的优势更多体现在功耗的降低,让笔记本电脑得以获得电池续航力的延长。对于内存业界而言,DDR2到DDR3的升级将以平滑的方式进行,或许会有不少内存颗粒厂商对频繁的技术更新感到厌烦,但如果不及时跟上、就会有被对手甩开的危险——作为内存市场的两大领头羊,三星和奇梦达均已实现DDR3芯片的量产,其他内存厂商除了快速跟进外恐怕也别无选择。
与DDR2相比,DDR3内存将工作在更高的频率下,这也意味着更快的数据传输速度和整机系统性能的又一次提升,除此之外DDR3内存还有低功耗的优点,其访问延迟也比0DR2内存有了可观的下降。在产业界都做好准备的情况下,DDR3内存将会逐渐切人市场并在未来的1~2年内完成向主流市场的过渡,有意思的是,与英特尔前卫的作风不同AMD似平并不愿、意冒推广新技术的风险,但它也宣布将在2008年实现对DOR3内存的支持、届时ODR2很有可能被提前终结,DDR3毋庸置疑将成为内存市场新的主导力量。
内存技术的回顾与发展
在PC发展历史中,CPU速度与内存速度总是在交替中提升,两者的关系也密不可分。CPU运算所需的所有数据都来自于内存,同样,CPU运算生成的数据也必须存放在内存,如果内存速度跟不上,那么CPU就会浪费很多时间在数据等待上面,这不可避免影响了CPU性能的发挥。正因为如此.CPU与内存总是捆绑在一起构成一套“运算子系统(平台)”,而这个“平台”的升级也往往是以内存规格的升级为主要标志的。
想当初,DDR2内存从2003年开始切入市场,第一代DDR发展到400MHz便嘎然而止,尽管内存厂商能够量产出500MHz甚至更高频率的产品,但JEDEC并没有考虑对DDR规范进行扩充,而是直接转入DDR2体系。DDR2标准同样是从400MHz起步,分别为DDR2 400、DDR2 533、DDR2 667和DDR2 800。但由于DDR2的访问延迟比DDR多了几个周期,导致DDR2 400和DDR2 533内存都没有表现出比DDR 400更好的性能优势;直到DDll2 667之后,更高的时钟频率有效缩短了内存的整体延迟,同时带宽的提升也在应用中表现出明显的性能增益,此时的DDR2才被大规模接受,事实上我们也可以认为DDR2的时代是从DDR2 667开始的。目前业界正在向DDR2 800过渡,英特尔和AMD平台都可以良好支持DDR2 800。
现阶段DDR3开始在英特尔平台中获得支持,但限于价格因素,DDR3更多会在高阶市场,主流市场还是以DDR2 800为主。AMD平台方面,DDR2 800的生命周期估计将持续到08年中期,因为AMD的第一代K10架构产品均只能支持到DDR2 800规范。我们现在也可以在市场上看到一些DDR21066的内存产品,但JEDEC的认证只到DDR2 800为止,因此DDR21066实际上是非标准的产品。AMD在半年前就游说JEDEC,希望能够将DDR2 1066列为正式标准,这样它的K10平台就不会在内存方面落后于对手;不过这项建议并没有得到JEDEC的支持,但在AMD的强推下DDR2 1066仍然能够获得一定的发展空间。
根据JEDEC推出的规范,DDR 3体系共有800MHz、1066MHz、l 333MHz和1600MHz四个版本。除了工作频率更高外,DDR3与DDR2相比还做了很多细节上的改动,例如DDR3的功耗和延迟时间更低、采用新颖的Fly-by总线架构、引人“重置(Re set)”功能等等,甚至连电压信号也一分为二。这些改进相信也是很多读者朋友们非常感兴趣的地方,下面我们就针对它们作一一介绍。
DDR3的提速法门:8bil预取与4倍时钟频率
DDR3的结构设计可以说“借鉴”了很多DDR2的成份,那么DDR3如何实现数据频率的大幅度提升呢?答案就在于DDR3采用8bit预取机制以及4倍的时钟频率,这是其比DDR2速度更快的主要原因。
那什么是预取,它与时钟频率又有什么关系呢?要清楚解释这个问题,我们还必须从DDR和DDR2谈起。
我们知道,内存颗粒有三种不同的频率指标,它们分别是DRAM核心频率、时钟频率和(等效)数据传输频率,核心频率即为内存CelI阵列(Memory cell Array)的工作频率,时钟频率则为内存总线的工作频率、数据传输的I/O Buffer也是受其控制,而等效数据传输频率则是指数据传送的频率。早期的SDRAM属于同步DRAM技术体系,它的数据传输频率与时钟周期同步,并且也与DRAM核心频率相同。以PC-l33SDRAM为例,它的核心频率,时钟频率与数据传输频率都是133MHz。
DDR内存实现了双倍数据率传输(DOUbleData Rating),它可以在一个时钟周期传输两次数据,即分别在时钟的上升沿和下降沿分别激发一次,这样它的数据传输频率就达到时钟频率的两倍,而它的核心频率仍然与时钟频率相同,例如DDR400内存,它的核心频率与时钟频率都只有200MHz。双倍数据率意味着从内存核心要在一个时钟周期内供给两倍的数据,为了做到这一点,DDR内存引入了2bit预取设计,在预取机制中,内存Cell阵列的数据先被输入到I/O Buffer缓冲中,然后再从I/O Buffer向内存总线输出。而2bit预取则意味着每个时钟周期内存Cell阵列都会发送2bi数据到I/O Buffer内暂存,以满足下个时钟周期的两次数据传送。
DDR2在DDR基础上将性能提升了一倍,它的最高数据传输频率达到800MHz,但DDR2 800的核心频率仍然只有200MHz、也就是和DDR400相当,那么,它又是如何做到的呢?答案很简单:DDR2引入了4bit预取和频率不对等的设计,控制I/O Buffer的时钟频率提升到核心频率的2倍,而数据传输频率仍为时钟频率的2倍,也就是说DDR2的数据传输频率达到核心频率的4倍!接下来的DDR3同样是沿着这条道路前进:它将预取位数提高到8bit,并将时钟频率提升为核心频率的4倍——假设其核心频率为100MHz,那么时钟频率就达到400MHz,数据传输频率则高达800MHz,这也就是DDR3 800的设计标准。
在数据频率不断提升的过程中。内存的核心频率始终保持相对稳定,这主要受到DRAM结构的先天限制一作为一种并行传输的内存技术,DRAM核心无法达到很高的工作频率,当年英特尔一度认为SDRAM体系很难保持后继发展,这才冒险推行RDRAM内存技术。在 后来的DDR,DDR2和现在的DDR3,我们看到的是数据频率以翻倍的速度提升,而核心频率几乎保持不变,例如DDR400内存已达到200MHz核心频率,现在的DDR2-800、乃至未来的DDR2-1600也都只能达到这个数字。只有非标准的DDR2-1066能够将核心频率提高到266MHz,但这更多是由于引入更先进的半导体制造技术所致。
迷惑不在:更短的延迟时间
在从DDR升级到DDR2的过程中,延迟时间过长的毛病一直被用户诟病,搭载DDR2533内存的系统很多时候在性能上甚至不如老旧的DDR400平台,原因就在于前者的访问延迟较长,进而影响了整体性能的发挥。我们知道,内存子系统主要根据两项指标来判断性能:其一就是带宽,它表示内存子系统的数据吞吐能力;其二就是访问延迟,它表示从内存从收到读写指令到实际发送/接纳数据所经历的时间。对于3D图形渲染,井行计算、高清视频解码等涉及高数据量传输的应用中,带宽高低往往更为人看中;但在常规应用中,访问延迟会对整体性能有着更大的影响。
DDR2由于引入4bit预取的I/O Buffer,导致其延迟周期有了明显的增加,JEDEC规范所定义的DDR2533、DDR2 667和DDR2 800的访问延迟指标分别为4-4-4、5-5-5和6-6-6,但延迟指标对于内存性能的影响却不能直接以时钟周期来评判。
访问延迟是什么?
根据JEDEC规范,DDR400的访问延迟一般为3-3-3,第一个数字表示内存读取数据所需的延迟时司(CAS Latency),即我们常说的CL值.第二个数字表示从内存行地址到列地址的延迟时司(IRCD);第三个数字表示内存行地址控制器预充电时间(1RP),即内存从结束一个行访问到重新开始的间隔时同。延迟的数字表示多少个时钟周期,例如DDR4D0的3-3-3则表示三种延迟都为3个时钟周期。是以实际的时间为基础,也就是以“纳秒”作为单位,这就意味着必须将频率指标也考虑在内——延迟时间越短、意味着CPU能够越快得到数据、内存性能越出色,而延迟时间短并不意味着延迟周期也比较短,频率高低在这里起到相当关键的作用。
DDR2标准就是一个典型的例子、虽然从DDR2533、DDR2 667到DDR2 800的延迟周期都不相同,但三者的延迟时间都是15ns。换句话说,DDR2内存在访问延迟指标上其实都是相同的,频率的提升并没有对延迟性能造成不良影响。
同样的例子也出在DDR3身上——根据JEDEC的规范定义,DDR3 1066、DDR3 1333及DDR3 1600的CL值分别为7—7—7、8—8—8及9-9-9,但它们的延迟时间分别是13.125纳秒、12.O纳秒以及11.25纳秒;也就是说,DDR3不仅在带宽指标上优胜于DDR2,而且比DDR2有着更低的访问延迟。因此,DDR3推广的阻力会比当年DDR2取代DDR时小很多,只是目前市面上DDR2 1066规格的内存不少,延迟指标又普遍强于JEDEC的规范、比同频率的DDR3 1066还要略快一些,或许DDR3要等到1333MHz频率时方能显示出明显的性能的优势。
新特性:DDR3的新改进
DDR2内存能够取代DDR内存,不仅是因为带宽上的优势,还有非常重要的一条,那就是DDR2在节能上比DDR更有优势。同样的,DDR3的低功耗特性对于移动设备来说意义重大,功耗降低可以显著延长设备电池的续航能力。英特尔在(今年)春季的IDF峰会上就对分别搭载DDR2与DDR3的移动机型做了对比,在高清视频播放模式下,DDR3机型的电池时间可比同配置DDR2机型高出20~30分钟,节能效果十分显著。
DDR3的低功耗主要得益于较低的核心电压,第一代DDR内存的核心电压达到2.5V,DDR2降低到l.8V,而DDR3则进一步降低到1.5Vt此外,I/O Buffer也采用低功耗设计,I/O Driver的阻值从DDR2的34欧姆降低到18欧姆,这也可以带来明显的功耗降低——整体而言,DDR3内存拥有更为出色的带宽功耗比(Bandwit曲perwatt,每瓦能耗的带宽指标),假设DDR2 800的功耗/带宽比为参照点l,那么DDR3 800的比值就只有O.72,相当于在相同带宽前提下,DDR3 800的功耗和DDR2 800相比有28%的降幅;即便是更高性能的DDR3 1066、它的比值也只提升到0.83,功耗降幅也达到17%。因此,从DDR2升级到DDR3,内存系统的功耗将明显降低,移动设备也可因此获得更长的电池续航力。
DDR3的节能特性不仅于此,新引入的“重置(Rese)”功能也使DDR3可以保持较低的功耗指标,而且该功能可以让DDR3的初始化操作变得简单——DDR3内存颗粒中专门增加了一个重置引脚,当信号激活时,DDR3内存将停止所有操作,大部分功能都被关闭,包括数据接收、发送动作均告停止,内部的程序装置也将复位,数据总线上的任何请求都不被理睬。在此期间,DDR3内存可以保持极低的耗电量。
DDR3的刷新机制也获得低功耗适应的改良。我们知道,所有DRAM体系的内存技术都必须不断进行刷新fRefresh)才能保全数据,“刷新”也是DRAM最重要的动作之一。一般来说,刷新操作分为自动刷新(AutoRefresh,简称AR)与自主刷新(Self Refresh,简称SR)两种类型,而DDR3则采用两者混合的自动-自主刷新设计fASR,Automatlc SeIfRefres h1。它的特点是利用一个温度传感器来控制刷新动作的频率,如果刷新频率较高,DRAM核心的温度也随之升高,而温度传感器的作用就是在保证数据不丢失的前提下、将刷新频率降到最低点,以此达到降低温度和节能的目的。不过,ASR功能只作为DDR3的可选设计,目前市面上的DDR3内存是否支持该功能尚不明确。
为了弥补这一点,DDR3还可支持一项叫做“自主刷新温度范围(Self-Refresh Temperature,简称SRT)”的机制,它提供普通温度(例如0℃至85℃)和扩展温度(例如最高到95℃),对于这两种温度范围,DDR3都以固定的频率和电流进行刷新动作,当然这两种情况的频率/电流指标并不相同。
此外,DDR3还有一个名为“局部自主刷新”(PartialArray Self-Refresh,简称RASR)的可选功能,它可以只对部分逻辑BANK进行刷新,而不是对全部的BANK都进行刷新,这样做也可以降低高频率刷新带来的能耗。对于笔记本电脑来说,只要系统未处于满负荷运转状态下,内存的刷新动作就可以因地制宜地削减,以节约出更多的电力。
除了内存芯片内部的设计改变,DDR3系统的连接模式也与DDR2大不相同。现行的DDR2采用星形并联连接方式,不论是命令/地址总线还是数据总线都是如此,而DDR3的总线拓扑改为“F1y-by(飞跃)”模式,命令,地址总线从第一枚内存芯片开始、依次到达终点,总线的拓扑变成串联的结构,这样做的好处是确保高频率下信号路径能够保持平稳,但它也会因此导致时钟信号和数据信号之间出现飞行时间斜移(fight time skew),而这一点通常都是以交错DQ信号来作出补偿。
在模组设汁方面,DDR3与DDR2类似,分别包括针对台式机的标准DIMM、针对笔记本电脑的So-DIMM和Mlcro—DIMM、以及针对服务器的FB—DlMM 2,其中FB-DIMM 2将采用规格更高的AMB2(高级内存缓冲器)芯片,但由于英特尔对FB-DIMM热情不在、基于DDR3技术的FB-DIMM 2前景如何现在还不得而知。 DD R3的其他新功能包括引人寻址时序(Timing)、zQ校准和引入两个参考电压,这些设计都是为DDR3在高频下的稳定运作提供保证,对此我们不作过多的介绍。
总结
在DDR2的潜力尚未充分发掘的时候,更先进的DDR3已经准备作好进入市场的准备。英特尔的“3”系列平台将成为DDR3的首个表演场,尽管初期DDR3不会带来明显的性能增益,但随着频率的提升,DDR3必定会快速切入主流市场。而对于移动平台,DDR3的优势更多体现在功耗的降低,让笔记本电脑得以获得电池续航力的延长。对于内存业界而言,DDR2到DDR3的升级将以平滑的方式进行,或许会有不少内存颗粒厂商对频繁的技术更新感到厌烦,但如果不及时跟上、就会有被对手甩开的危险——作为内存市场的两大领头羊,三星和奇梦达均已实现DDR3芯片的量产,其他内存厂商除了快速跟进外恐怕也别无选择。