谁是真正的英雄:内存技术将走向何方?

答案：
　　内存储器在PC设备中占有重要的席位，也正是内存储技术的发展才得以让如今的计算机呈现出一番勃勃生机的景象。毫不夸张地说，未来PC发展的重点不是CPU而是内存。半导体技术的突破已经为CPU发展铺平的道理，随着主频的不断提高，整个系统将对内存性能提出更高的要求。纵观PC技术的发展，每次内存技术的提升都对整体性能产生重大的影响。

　　一、内存基础知识解析 　　在全面了解内存之前，我们必须对内存的基础知识有充分的认识。通过对内存工作原理、作用以及结构的了解，大家将会更为深刻地明白为何内存如此受到重视。
　　1．内存的工作原理
　　从一有计算机开始，就有了内存。内存物理实质就是一组或多组具备数据输入输出和数据存储功能的集成电路，内存只用于暂时存放程序和数据，一旦关闭电源或发生断电，其中的程序和数据就会丢失。我们平常所提到的计算机的内存指的是动态内存（即DRAM），动态内存中所谓的“动态”是指当我们将数据写入DRAM后，经过一段时间数据会丢失，因此需要一个额外设电路进行内存刷新操作。具体的工作过程是这样的：一个DRAM的存储单元存储的是0还是1取决于电容是否有电荷，有电荷代表1，无电荷代表0。但时间一长，代表1的电容会放电，代表0的电容会吸收电荷，这就是数据丢失的原因；刷新操作定期对电容进行检查，若电量大于满电量的1／2，则认为其代表1，并把电容充满电；若电量小于1／2，则认为其代表0，并把电容放电，由此来保持数据的连续性。
　　每一个内存单元通过可以短暂存储电荷的电容组成，数据信息由无数个位（bit）组成，每一个位只有两种状态：0和1，内存将这些位的数据存储在内存单元组成的栅格里。当处理器进行运算时，通过前端总线和内存之间的通道将一些需要信息的存储到内存里的栅格里，当需要调用信息时，再向内存发出请求，这些请求都带有内存地址的信息，以此来定位数据在内存栅格内的位置。

谁是真正的英雄:内存技术将走向何方?（图一）
内存是PC平台的重要组成部分

　　要直观地理解内存的原理的话，我不妨举例来说。当CPU载入一个应用程序，例如文字处理或页面编辑。当你以键盘输入指令开始，CPI诠释指令并命令硬盘将指令或程序载入到内存中，当数据被载入内存之后，CPU便能比从硬盘中存取从而更快速地取得数据。
　　2．内存的作用
　　从功能上理解，我们可以将内存看作是内存控制器（一般位于北桥芯片中）与CPU之间的桥梁或与仓库。显然，内存的容量决定“仓库”的大小，而内存的速度决定“桥梁”的宽窄，两者缺一不可，这也就是我们常常说道的“内存容量”与“内存速度”。
　　当CPU需要内存中的数据时，它会发出一个由内存控制器所执行的要求，内存控制器接著将要求发送至内存，并在接收数据时向CPU报告整个周期（从CPU到内存控制器，内存再回到CPU）所需的时间会。毫无疑问，缩短整个周期是提高内存速度的关键，而这一周期就是由内存的频率、存取时间、位款来决定。更快速的内存技术对整体性能表现有重大的贡献，但是提高内存速度只是解决方案的一部分，数据在CPU以及内存间传送所花的时间通常比处理器执行功能所花的时间更长，为此缓冲区被广泛应用。其实，所谓的缓冲器就是CPU中的一级缓存与二级缓存，它们是内存这座“大桥梁”与CPU之间的“小桥梁”。
　　3．内存带宽的重要性
　　通常我们所说的内存速度实际上应该用“内存带宽”来表述才更为确切。当CPU需要内存中的数据时，它会发出一个由内存控制器所执行的要求，内存控制器接著将要求发送至内存，并在接收数据时向CPU报告整个周期（从CPU到内存控制器，内存再回到CPU）所需的时间。毫无疑问，缩短整个周期也是提高内存速度的关键，这就好比在桥梁上工作的警察，其指挥疏通能力也是决定通畅度的因素之一。
　　内存带宽为何会如此重要呢？在回答这一问题之前，我们先来简单看一看系统工作的过程。CPU接收到指令后，它会最先向CPU中的一级缓存（L1 Cache）去寻找相关的数据，然一级缓存是与CPU同频运行的，但是由于容量较小，所以不可能每次都命中。这时CPU会继续向下一级的二级缓存（L2 Cache）寻找，同样的道理，当所需要的数据在二级缓存中也没有的话，会继续转向L3 Cache（如果有的话，如Xeon处理器）、内存和硬盘。由于目前系统处理的数据量都是相当巨大的，因此几乎每一步操作都得经过内存，这也是整个系统中工作最为频繁的部件。如此一来，内存的性能就在一定程度上决定了这个系统的表现，这点在多媒体设计软件和3D游戏中表现得更为明显。

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谁是真正的英雄:内存技术将走向何方?（图二）

系统工作过程

　　内存带宽的计算方法并不复杂，大家可以遵循如下的计算公式：带宽＝总线宽度×总线频率×一个时钟周期内交换的数据包个数。很明显，在这些乘数因子中，每个都会对最终的内存带宽产生极大的影响。然而，如今在频率上已经没有太大文章可作，毕竟这受到制作工艺的限制，不可能在短时间内成倍提高。而总线宽度和数据包个数就大不相同了，简单的改变会令内存带宽突飞猛进。

二、RAMBUS垂死挣扎：64位RDRAM与XDR
　　当Intel提出双通道DDR芯片组时，RAMBUS已经失去了最后一张王牌。不过这并不意味着RDRAM会就此退出历史舞台。通过64位RDRAM与XDR技术，雄心勃勃的RAMBUS公司渴望东山再起。
　　1．64位RDRAM
　　如果RDRAM仅仅是在频率上提高的话，那么业界中绝大多数人都不会对它看好。道理很简单，RDRAM之所以节节败退并非因为性能不佳，而是没能很好地控制住成本。尽管目前同容量的RDRAM与DDR的价格差距并不是很大，但是在它们争夺市场份额的最初，Rambus的价格实在太离谱了，以至于Intel和主板生产商都对其失去了信心。
　　RAMBUS公司对此也是心知肚明，因此它们将在提高产品性能的同时压缩生产成本，提高良品率。由于目前所有的RDRAM都是32Bit的，因此必须将RDRAM内存成对使用，这不但在无形中增加了内存的生产成本，更是令芯片组的设计复杂化，对于Rambus产品的推广非常不利。64位RDRAM的意义不仅仅局限于成本，性能上的提升也是至关重要的。使用双通道之后，尽管理论带宽并未增加，但是内存控制器的效率将得到更大的提升，RDRAM的威力也得以充分释放。
　　对于64位RDRAM而言，芯片组与主板的支持十分关键。为了尽量减小主板厂商的生产难度、提高产品的吸引力、保证兼容性，RAMBUS公司开发了PC1600标准的插槽，其针脚定义与以往并没有很大的差别，而且内存生产商也只需要作很小的改动就能生产出64位RDRAM。但是客观而言，目前64位RDRAM只能在部分工控机上发挥作用，而PC平台已经很难有其立足之地，毕竟RAMBUS已经将XDR内存作为重点。
　　2．XDR内存
　　XDR是RAMBUS公司的新一代RDRAM内存，其中XDR代表eXtreme Data Rate DRA的缩写。因为XDR采用“Octal Data Rate”八倍速传输，在一个时钟循环中传送8个Bit的数据，因此实际频率仅仅是400MHz的XDR等效于3.2GHZ的SDRAM内存，可以达到惊人的内存带宽。

谁是真正的英雄:内存技术将走向何方?（图三）
XDR传输结构

　　相比之下，DDR SDRAM只能在一个时钟周期进行2Bit的数据传输，而XDR内存则是8Bit，堪称是XDR的核心技术。在一个时钟周期内（一个上升沿和一个下降沿），XDR DRAM进行了4次时钟采样，在采样的每个上升沿和下降沿都传输了1bit的数据，因此在一个时钟周期内，XDR可以传输8bit的数据。
　　XDR协议使用了一种“中性”的传输标准，即所有的数据必须按照规定的速率进行发送，但是数据可以根据时钟的边界在任意相位内进行发送。在这个协议下，形成了XDR FleXPhase电路，它集成于XIO单元中，确保了数据最高的传输速率。在XDR的工作过程中，首先由XCG根据系统时钟产生CTM控制信号，随即CTM控制信号直接传输至ASIC设备，ASIC设备根据CTM信号调用XIO部件，XIO部件通过PLL来生成内部的XDR数据时钟；在此过程中，CTM会沿着互连总线传输给每一个DRAM CFM部件。CFM主要是对DRAM每一个引脚进行数据收发和信号控制。

[page_break] 　　XDR与上一代RDRAM最大区别就是具有独立的数据和地址/指令总线。RDRAM的结构需要数据通过所有的内存模块，这也造成了RDRAM为人诟病的高延迟性。好在XDR通过两条独立的总线解决的这一问题，其中地址/指令总线还是需要经过所有的内存模块，不过数据则可以由内存控制器直接进入对应的模块。和RDRAM一样，XDR也需要一个独立的频率发生器芯片。RDRAM的频率发生器是其能否在主板上稳定工作的关键，也决定了RDRAM能够以怎样的频率工作。如果RDRAM的频率发生器质量不够好，那么将会限制内存模块的性能发挥。不过这一切对于XDR而言都不是问题了，Cypress和ICS都已经签约为XDR制造频率发生器，两家公司实力都不容小视。

谁是真正的英雄:内存技术将走向何方?（图四）
XDR发展蓝图

（出处：http://www.zzzyk.com/）

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