DDR4内存性能的飞跃

一些数字可以让我们更深入地了解DDR4内存，第一个数字是32亿，DDR4内存每秒传输32亿次。虽然用于个人电脑的第一个模块传输速率将只有2 133MHz，但是目前用于个人电脑的DDR3模块传输速率最快的也只有1 066MHz。这意味着，DDR4内存的速度起码是速度最快的DDR3内存的两倍。其次，DDR4内存的存储容量将大幅提升，模块的最小容量的内存将会是4GB。而更重要的是，在内存性能大幅提升的同时，工作电压与功耗将会降低。

为了实现这种性能的飞跃，负责制定内存标准的电子设备工程联合委员会（JEDEC）对模块进行了大幅度的修改。第四代内存模块将有更多的引脚，以确保内存与主板的连接能够满足更高传输速度的需求，并且每个DIMM（Dual In-line Memory Module，双列直插内存模块）都有直接连接到CPU控制器的线路，以防止从CPU传输数据到内存时出现延迟而造成瓶颈的产生。

不过，通过这种点对点的技术取代现有的多点总线，每一个内存通道将只能够支持一个内存模块。因而，DDR4内存需要新的CPU控制器而无法在现有的主板上使用。预计2014年年底，英特尔将推出第一个使用DDR4内存的高性能CPU的Haswell。不过，低价位的个人电脑DDR4内存不会在2015年前推出，有可能需要等到2015年英特尔推出Haswell接班者Broadwell的时候。

DDR4 Bank的秘密

DDR4的大部分创新都涉及到它的内部结构，一个DIMM由一组控制器控制的内存芯片组成，而Bank（内存库）是芯片内部的核心单元，内存性能的好坏完全由数据读取或写入时Bank的表现决定。在每次读取或写入过程中，Bank将打开一个字线，所有连接的晶体管将不再有电荷，晶体管的电荷对应一个数据位，数据将通过位线的信号放大器进行重写。在DDR4中Bank的处理速度更快也更充分，因为DDR4一个字线的字节比DDR3要少。这种速度上的提升是可以测算的，tFAW（DRAM Four Active Window）负责定义激活字线的间隔时间，在DDR4模块中，tFAW是20ns（纳秒），而相同尺寸的DDR3内存是40ns（纳秒）。

DDR4字线的长度已经减少到DDR3的四分之一，但其数量增加了一倍，因此，Bank的数据量只有DDR3的一半。但是另一方面，DDR4芯片的Bank数量是DDR3的两倍，并且它们可以集结成组：每一个Bank组包含4个Bank。在Bank组的架构下允许Bank的数据快速传输到临时存储（预取）单元，最终传递到数据总线。这种传输使新一代的内存变得越来越复杂，DDR2时代位线信号放大器的工作时钟频率最大为266MHz，为了实现更高的数据速率，制造商提高了内存的并行处理能力，一个DDR2内存芯片可以并行从4个Bank收集数据，DDR3内存可以从8个Bank捕获预取数据，从而实现更高的时钟频率传输数据，而DDR4如果也将并行处理的能力增加一倍，那么这将需要更宽的数据总线。JEDEC为了避免出现这种情况，并没有增加芯片预取的数量，相反，通过Bank组的方式处理预取数据，确保在大幅度提升时钟频率的同时数据总线的宽度保持不变。

耗电少、更稳定

DDR4还将具备一些新的功能，可以降低其电力需求和提高其可靠性。首先，毫无疑问，较短的字线将有助于节约能源，因为它需要更少的能量来激活。这使得DDR4的工作电压可以从DDR3的1.5V（伏）降低到1.2V，此外，其内存芯片有一个独立的电源，必要时可以将工作电压提升到2.5V。

与此同时，DDR4模块还能够动态地调整其刷新频率，与闪存不同，内存模块的RAM单元不能永久地保存其内容。存储其中的内容需要定期进行刷新，这个刷新间隔取决于工作温度，最慢是64ms（毫秒）。DDR3中刷新间隔是被精确定义的固定值，而DDR4则可以根据工作的温度灵活地调整刷新间隔，以达到节约能源的目的。不要小看这一细微的差异，与DDR3相比，仅此功能DDR4已经减少了20%的能源需求。而总体上，根据JEDEC的介绍，节省的电力大约在30%～40%之间。

另一项改变是DDR4集成了错误检测和校正功能，可以比DDR3更快速地执行错误检测和校正。还有另外一项面向未来的功能，那就是DDR4标准中目前无人实施的芯片堆叠功能，在此功能的支持下，制造商可以堆叠RAM单元多达8层，极大地增加了内存的存储密度，允许存储单元容量达到512GB。不过，以目前的技术，这将会是一个巨大的模块，比市场上最新的固态硬盘还要大。endprint