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  • 从2001年DDR内存面世以来发展到2019年今天,已经走过了DDR、DDR2、DDR3、DDR4四个大规格时代了(DDR5现在也出来了)。内存工作频率也从DDR时代266MHz进化到了今天3200MHz。这个频率在操作系统里叫Speed、...

    从2001年DDR内存面世以来发展到2019年的今天,已经走过了DDR、DDR2、DDR3、DDR4四个大的规格时代了(DDR5现在也出来了)。内存的工作频率也从DDR时代的266MHz进化到了今天的3200MHz。这个频率在操作系统里叫Speed、在内存术语里叫等效频率、或干脆直接简称频率。这个频率越高,每秒钟内存IO的吞吐量越大。但其实内存有一个最最基本的频率叫核心频率,是实际内存电路的工作时的一个振荡频率。它是内存工作的基础,很大程度上会影响内存的IO延迟。我今天想给大家揭开另外一面,这个叫核心频率的东东其实在最近的18年里,基本上就没有什么太大的进步。

     

    内存Speed

    在Linux上可以查看到你机器上内存的Speed。

    # dmidecode | grep -P -A16 "Memory Device"
    Memory Device
    Array Handle: 0x0009
    Error Information Handle: Not Provided
    Total Width: 72 bits
    Data Width: 64 bits
    Size: 8192 MB
    Form Factor: DIMM
    Set: None
    Locator: DIMM02
    Bank Locator: BANK02
    Type: Other
    Type Detail: Unknown
    Speed: 1067 MHz
    Manufacturer: Micron
    Serial Number: 65ED91DC
    Asset Tag: Unknown
    Part Number: 36KSF1G72PZ-1G4M1
    ......

    上述命令可以看出每一个插槽上内存物理设备的情况,由于结果太长我只抽取了其中一个内存的信息列了出来。对于我们开发者来说,其中有两个数据比较关键。

    • Speed: 1067 MHz: 每秒能进行内存数据传输的速度,
    • Data Width: 64 bits: 内存工作一次传输的数据宽度

    我的机器上所有的内存条的Speed都是1067(大家别笑话,因为我的测试机器是线上过保淘汰下来的机器,所以老了一点点)。 把Data Width和Speed相乘后得到的就是数据带宽了。我们把历史上各个阶段的内存的Speed和带宽汇总了一下,如下图。

    从DDR到DDR4,内存核心频率其实基本上就没太大的进步
    图1 各代内存频率

     

    内存背后的秘密-核心频率

    通过Linux我们只看到了内存的一个Speed,它是数据传输的频率。这个频率又叫Data Speed,或等效频率。各个商家在内存的销售页面上也把这个频率标在特别明显的位置,提醒消费者他家的内存有多快多快。但其实从内存条的技术参数上来讲,有个最为重要的频率,是核心频率,它是内存电路的震荡频率,是内存一切工作的基石

    我们来看一下各代内存的更全面详细的数据。

    从DDR到DDR4,内存核心频率其实基本上就没太大的进步
    图2 各代内存的核心频率与技术提升手段

    我汇总了从SDR时代,一直到目前主流的DDR4的内存的频率表对比。大家可以看到核心频率已经多年没有实质性进步了,这是受物理材料的极限限制,内存的核心频率一直在133MHz~200MHz之间徘徊。我们所看到的内存Speed是在这个核心频率的基础上,通过各种技术手段放大出来的。之所以我们感觉内存在越来越快,就是放大技术手段在不断进步而已。

    • SDR时代:在最古老的SDR(Single Data Rate SDRAM)年代里,一个时钟脉冲只能在脉冲上沿时传输数据,所以也叫单倍数据传输率内存。这个时期内存的提升方法就是提升内存电路的核心频率。
    • DDR时代:但是内存制造商们发现核心频率到了200MHz再提升的话,难度就很大了。所以在电路时钟周期内预取2bit,输出的时候就在上升期和下降期各传输一次数据。所以核心频率不变的情况下,Speed(等效频率)就翻倍了。
    • DDR2时代:同样是在上下沿各传一次数据,但将Prefech提升为4,每个电路周期一次读取4bit。所以DDR2的Speed(等效频率)就达到了核心频率的4倍。
    • DDR3时代:同样也是上下沿各传一次数据,进一步将Prefect提升为8。所以DDR3的等效频率可以达到核心频率的8倍。
    • DDR4时代:这时预取的提升已经非常困难,所以和DDR3一样,Prefech仍然为8。内存制造商们又另辟蹊径,提出了Bank Group设计。允许各个Bank Group具备独立启动操作读、写等动作特性。所以等效频率可以提升到核心频率的16倍。

    内存还有个概念叫IO频率、也叫时钟频率。简单理解为将DDR内存的Speed频率除以2,就是内存的IO频率。这个必须和CPU的外频相匹配才能工作。例如对于DDR3来说,假如核心频率133Mhz的内存工作频率下,匹配533MHz的CPU外频,其IO频率就是533Mhz。数据传输因为上下沿都可以传,所以是核心频率的8倍,也就是1066MHz。

    我曾试图在Linux下找到能查看核心频率和IO频率的命令,但是没有找到,在售的各种内存条似乎也很少会提及它。 但我们是IT从业人员,非普通用户。因此我觉得大家有必要来了解这个原理。(事实上,这两个频率会影响后面讨论的内存的延迟参数,而延迟参数又决定了内存的真正性能)

    汇总一句话,内存真正的工作频率是核心频率,时钟频率和数据频率都是在核心频率的基础上,通过技术手段放大出来的。内存越新,放大的倍数越多。但其实这些放大手段都有一些局限性。比如你的内存数据存储并不连续,这时候DDR2、DDR3的数据预取对你帮助并不大。再比如你的进程数据都存在一个Bank Group里,你的进程内存IO就根本不会达到DDR4厂家宣传的速度。

    内存延迟

    除了频率以外,内存还有几个比较重要的参数,但是同样在Linux里没有找到查看的命令。内存的销售页面想找到这几个参数也不是特别容易。

    所有的内存条都有CL-tRCD-tRP-tRAS四个参数。其中最重要的是CL-tRCD-tRP这三个参数,只要你费点劲,所有的在售内存你都能找到这3个值。例如经典的DDR3-1066、DDR3-1333及DDR3-1600的CL值分别为7-7-7、8-8-8及9-9-9。现在京东上一条比较流行的台式机内存金士顿(Kingston)DDR4 2400 8G,其时序是17-17-17。

    第四个参数有时候会被省略。原因有二,第一:现在的开发者不需要直接和内存打交道,而操作系统呢又做的比较内存友好,很少会有这个开销真正发生。第二,这个开销的值要比其它的值大很多,实在不太好看。商家为了内存能多卖一些,干脆就避而不谈了。

    好了,问题来了。为什么内存越进步,延迟周期反而会变大了呢?

    这就是因为延迟周期使用延迟时间除以内存Speed算出来的。这其实根本就不科学,最科学的办法应该是用延迟时间来评估。延迟时间很大程度上是受内存的核心频率的制约的。而这些年核心频率又基本上没有进步,所以延迟时间也不会有实质的降低。内存的制造商们又为了频率数据好看,能多卖些内存,非得采用Speed作为主周期来用。导致在用这个周期一衡量,貌似延迟周期就越来越大了。

    今天就带大家了解到这里,后面我会用实验来让你理解你的内存的实际延时。

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  • 以下全部图片均来自镁光(Micron)公司产品的数据手册。...它的主频与传输数据的频率相同。我们可以从时序图中观察出来。随便在数据手册中截过来一个有数据传输的时序图,如图2所示。 图2 输出数据Dout与...

    以下全部图片均来自镁光(Micron)公司产品的数据手册。

    DDR:

    以MT48LCxx型号的DDR内存芯片为例,数据手册中给出如图1所示的一个表格。从表格中可以看出它的主频(Clock Frequency)。

    图1 不同速度等级的DDR主频

    它的主频与传输数据的频率相同。我们可以从时序图中观察出来。随便在数据手册中截过来一个有数据传输的时序图,如图2所示。

    图2 输出数据Dout与CLK的对比

     Dout(输出的数据)的时长与tCK(tCK:主频一个时钟周期的时长)是一致的。因此在DDR中,主频(Fclk)与速度等级(Speed Grade,速度等级不是数据传输带宽)是相等的。

    带宽(B)需要数据频率乘上数据的位宽,比如这个内存芯片的数据位宽是16bit,主频为133MHz.那么带宽B=133*16*1000000 bit/s.(内存和通信速率中1M=1024k,1k=1024bit;但时钟频率的1M=1000k,1k=1000Hz)

    DDR2:

    DDR2与DDR最大的区别在于双边缘“操作”。为了清晰地看出DDR2的双边操作,先来看一下图3.

    图3 一个tCK内有两个数据被读出

    那么与DDR对比来看,DDR2与DDR的主频一样时候,前者速率是后者的2倍。我们所说的DDR2-1066或DDR2-800中的1600和800其实是两种速度等级也就是:Speed Grade(以下简写为SG),很显然DDR2-1066内存芯片上差分时钟线CLK和CLK#的频率为533MHz.DDR2-800内存芯片上差分时钟线CLK和CLK#的频率为400MHz.(CLK和CLK#是频率一样,相位差为180的一对差分时钟)。

    DDR2中SG=Fclk*2.假设16bit的位宽,那么带宽B=SG*16 bit/s.在手册中,读者可以根据以下两图中的数据做一个对比(红色框标记部分)。

    DDR3:

    DDR3与DDR2是一样的套路。只不过DDR3的Fclk提高了。相应的SG也提高了。例如DDR3-1866,那么它的CLK和CLK#的时钟频率Fclk=933MHz,它的tCK=1.071ns.

    DDR4:

    以此类推,DDR4也是按照这种套路。DDR4的数据速度为。例如DDR4-3200,它的tCK=0.0625ns=2*1/3200*1000,它的CLK和CLK#的时钟频率Fclk=1600MHz.

    总结:从DDR2之后,速度等级与主频(CLK和CLK#的频率)之间的换算没有发生任何变化。一味地仅仅提高频率不能算是根本上的革新。我们都知道频率的增加务必导致功耗的增加。但新一代的内存总比旧一代的内存有优势之处,例如DDR2在刷新时可以选择单个Bank的刷新,而DDR3可以根据当前器件的温度进行刷新,这样也能够在速度保证的同时有效地降低功耗。另外仅仅频率的提升也不能算做革新革代的标准,例如DDR3比DDR2多了ZQ引脚(External reference ball for output drive calibration)等。

    文中若有表述不当之处还望读者批评指正。

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  • ddr5和ddr4的区别 ddr5和ddr4性能差别

    千次阅读 2021-02-26 14:00:20
    DDR5和DDR4主要在带宽速度、单芯片密度以及工作频率等方面有区别。带宽速度上,DDR5为32GB/s,DDR4为25.6GB/s;; 组装电脑怎么搭配更好用 ...1、带宽速度方面:DDR4的带宽为25.6GB/s,DDR5的带宽为32GB/s。 2、单片芯

    DDR5和DDR4主要在带宽速度、单芯片密度以及工作频率等方面有区别。带宽速度上,DDR5为32GB/s,DDR4为25.6GB/s;;
    组装电脑怎么搭配更好用 这些点很重要 看过你就懂了
    http://www.adiannao.cn/du
    单片芯片密度上,DDR5单芯片的容量为16GB,DDR4单芯片的容量为4GB;工作频率上,DDR5工作频率达4800MHz以上,DDR4最低为1600MHz。具体区别如下:
    在这里插入图片描述

    1、带宽速度方面:DDR4的带宽为25.6GB/s,DDR5的带宽为32GB/s。

    2、单片芯片密度方面:DDR4为4GB的单片芯片密度,单条内存的最大容量达到128GB;而DDR5会有单片超过16GB的芯片密度,可以达到单条更高容量。

    3、工作频率方面:DDR4的最低的工作频率标准为160MHz0,最高工作频率为3200MHz;而DDR5的工作频率高达4800MHz以上,最高频率达到6400MHz。

    4、功耗方面:目前DDR4内存的单条功耗为1.2V,DDR5内存的功耗将进一步降低到1.1V。

    5、同时,DDR5具有改进的命令总线效率,更好的刷新方案以及增加的存储体组以获得额外的性能。

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  • JEDEC标准的DDR频率

    千次阅读 2018-12-24 19:49:09
    JEDEC标准的频率很少 SDR:100、133、166、200 DDR:200、266、333、400 DDR2:400、533、667、800 DDR3:800、1066、1333、1600、1866、2133 DDR4:1600、1866、2133、2400、2666、3200 这个涉及到SDR...

    https://www.chiphell.com/thread-1907722-1-1.html

    JEDEC标准的频率很少
    SDR:100、133、166、200
    DDR:200、266、333、400
    DDR2:400、533、667、800
    DDR3:800、1066、1333、1600、1866、2133
    DDR4:1600、1866、2133、2400、2666、3200

    这个涉及到SDRAM内部时钟频率,下面这样一列你就能看清楚三个频率之间的关系, 也能看到DDR这么多代以来SDRAM实际工作频率的变化是很小的

    Internal Rate: SDRAM内部时钟频率MHz
    DDR1 SDRAM内部时钟频率=100-200MHz
    DDR2 SDRAM内部时钟频率=100-266.67MHz
    DDR3 SDRAM内部时钟频率=100-266.67MHz
    DDR4 SDRAM内部时钟频率=133.33-266.67MHz

    I/O Bus Clock: 总线时钟频率MHz
    DDR1总线时钟频率=1DDR1 SDRAM内部时钟频率=100-200MHz
    DDR2总线时钟频率=2
    DDR2 SDRAM内部时钟频率=200-533.33MHz
    DDR3总线时钟频率=4DDR3 SDRAM内部时钟频率=400-1066.67MHz
    DDR4总线时钟频率=8
    DDR4 SDRAM内部时钟频率=1066.67-2133.33MHz

    Transfer Rate: 传输速率MT/s, 也即内存等效频率, 同时也是大众所熟知的频率, 如DDR4-3200
    DDR1传输速率=2DDR1 SDRAM内部时钟频率=200-400MT/s
    DDR2传输速率=4
    DDR2 SDRAM内部时钟频率=400-1066.67MT/s
    DDR3传输速率=8DDR3 SDRAM内部时钟频率=800-2133.33MT/s
    DDR4传输速率=16
    DDR4 SDRAM内部时钟频率=2133.33-4266.67MT/s

    等效频率之上则不属于JEDEC规范内的频率, 比如DDR4规范最高就是4266, 不过这里指的是原生4266, 和大众所理解的OC到4266不是一个概念

    JEDEC规范DDR4最高只到3200,内部时钟频率和SDR、DDR、DDR2一样最高到200。
    目前只有DDR3的JEDEC规范最高达到了2133,内部时钟266

    2133 2666 3200 3733 4266
    后面两个是未来的规范

    前一阵看过有朋友发的,DDR4 标准频率其实没几个, 2133 3200 4266 。(好像还有几个,记不准了)

    DDR4 4000 ,不算是标准频率。

    以2133为基础 21332 = 4266 。 21333/2 = 3200。

    其他频率好像不怎么齐整。是有这个说法吧,标准频率更容易稳定?

    ddr 400 ddr2 800 ddr3 1600 ddr4 3200 我是这么理解主流频率的。

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  • DDR频率及带宽

    千次阅读 2020-04-11 15:40:07
    开门见山 1、核心频率 内存Cell阵列(Memory Cell Array,即内部电容)刷新频率,它是内存真实运行频率。受物理材料极限限制,内存颗粒核心频率一直在...DDR 333、DDR2 667、DDR3 1333、DDR4 2666核心频率...
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  • 那是一台海尔台式机,主板是ECS定制945GCT-M,CPU是单核赛扬420,虽然是Core 2架构,无奈主频低,二缓也少,但突突高频低能P4还是妥妥。后来强刷了主板BIOS,算是破解了隐藏内存超频选项,从此我对PC...
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空空如也

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