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- 2004-08-16
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IT界总是因为由一些很简单的原因掀起一场场的革命。市场也总是被导向有用而不是性能，尽管大多数划时代的新产品非常贵并且通常没有带来现存的上一代高端产品相同的性能。同时，新技术的效率和性价比也会在一定程度上决定市场对它的认可程度。但市场的确需要不断前进。这也就是为什么工业总是能够不断开发新的领域，尽管它总是非常贵！
在过去的几年中，内存市场的发展是一个很好的例子。内存业正常而自然的前进脚步被Intel和Rambus打乱了。我们不想再重复这个故事了，其中的细节我想也已经妇孺皆知了。让我们回想这次事件造成的结果：Rambus这个昂贵的、不公开（由单一公司发展）的内存标准被业界抛弃了，并选择了DDR内存作为自己的发展方向。DDR内存在市场中通过公平竞争战胜了RDRAM。所以现在有一个问题：什么标准会继任DDR呢？
考虑以上说的种种，我们可以肯定市场将做这个决定。市场需要一些东西比现在的DDR更快，但同时又希望这个东西能够最大程度的兼容目前现有的架构，可以让业界实现平滑过渡。在这样的情况下，我们迎来了DDR II。JEDEC在1998年4月就开始做DDR II的相关工作了，当时DDR还没有出现在市场上。到现在，所有主要的内存厂商都已经可以开始批量生产DDR II内存芯片。这款新产品和RDRAM的开发过程完全不一样，因为它具有相当的开放性，非JEDEC的成员都可以自始至终参与其中，这也就意味着低成本和大批量。
这项新标准的重点并不是内存本身，而在于内存对于系统（主要是CPU和芯片组）的需要。新产品除了需要进一步降低造价，降低功耗，还需要向下兼容DDR内存。当然，开发者还会尽自己所能提高DDR II内存的性能，提高总线的效率。
DDR II开发中第一个问题就是对DDR的向下兼容性。如果没有这个要求，那事情就会简单很多，工程师们也就可以开发出一种全新的规格，而不必像现在这样为了兼容性而不得不做出一些调整。不过内存所用芯片的针脚还是从184针（DDR）提高到了232针（DDR II）。
工程师们做了不少改动来保证现有结构的延续性，控制器的指令集没有改动，只是进行了扩展，这样同样的内存控制器就可以适应DDR和DDR II两种规格。他们在数据总线的数据包传输上也做了类似的事情，同样的4-Bank结构和内存分页。看起来，业界吸取了Rambus的教训，没有过分强调“革命性”。
当然，兼容性很重要，但它并不是全部。DDR II的主要目标还是提高性能。首先，也是最明显的，DDR II的工作频率提高了。在PC3200 DDR内存（200MHz）之后，最先出现的DDR II芯片频率会是200/266MHz(64位总线），带宽达到了3.2-4.8GB/s。当然，这个频率还会不断提高。333MHz的芯片已经进入了计划表中，我们可以很快就看到带宽5.4GB/s的产品。同时，由于DDR II芯片全面上市时，PC系统中将普遍采用双通道的内存，那么带宽将是惊人的10.8GB/s。这样的带宽对于AGP 3.0以及PCI-X来说也是足够了。顺便说一下，Intel的下一代x86处理器Prescott的带宽会达到5.4GB/s，同样相当可观。
频率的提升主要是源于制造技术的不断提高，以及核心的改进。现在的核心对数据包的预读取已经达到了4×（之前是2×）。这也就意味着核心的工作频率只是内存总线频率的四分之一。一个266MHz的芯片，外部总线频率就是533MHz，但其核心频率仅是133MHz，这对于现在的内存厂商而言可是小菜一碟。
另一个类似的革新就是执行期的增加：只要不与前面的操作命令冲突，就可以在波形的任何一个上升期来执行。这样一来，命令总线的频率就只需数据总线频率的一半了。
在DDR II的结构改变中，有一项是Posted CAS，可以通过这样的公式计算：写入延迟＝读取延迟-1。这一个结构改动可以有效的提高总线效率。对于DDR而言，读取行、列数据时的时间间隔最少是13ns，这在同频率的DDR II芯片中就意味着4个时钟循环的浪费。而采用Posted CAS模式和附加延迟的概念，在DDR II规格中就可以降低这一部分的损失。这样就可以在确定的交叠时间下处理行、列操作，而不必要什么停顿。
对于延迟（Latency），我们还想多说几句。延迟是目前内存厂商们的痛处，对于RDRAM来说更是如此。内存操作中的高延迟使得内存性能在评测中的成绩很低。DDR内存在这方面要比RDRAM好一些，但差得也不多。从486到奔腾2的几年中，处理器的频率提高了10倍，峰值内存带宽也一样，但是内存操作延迟只提高了5倍。
对于Rambus而言，带宽和延迟之间的选择就不是那么明智。带宽和延迟这两者之间应该有一个平衡。先前制定的VCM和ESDRAM Lite两种内存的规范就被借鉴到了DDR II内存中。在上面这两种内存规范中，都采用了一个小缓存（每个Bank 8kb），来绕过tRCD进行操作（tRCD，RAS到CAS延迟，这是一个很会拖后腿的东西，尤其在较高的频率下），并可以避免进入错误的内存页中。不过，我们现在还没有看到什么进展，目前的DDR II芯片的tRCD值至少也有15ns。
DDR II的开发者还从Rambus身上学到要重视能耗的问题。现在的DDR内存RIMM模块上已经使用到了散热片，对于DDR II而言，在这个方面需要付出不少努力。
DDR II的芯片频率和所需要的电压仍然是直接相关，由于4×预读取使得芯片工作频率降低，相应的电压也从2.5V降到了1.8V。
对于DDR II的架构，另一件重要而有趣的事情就是业界开始考虑“自动校准”的可行性。该过程是从通过一个低速写入协议将某个数据集写入芯片中开始的，而这个低速协议要在芯片初始化（也就是校正）后才可以使用，不然就不允位4位写入。于是，必须有一个命令将扩展寄存器打开，并同时开始调试电阻值。然后，系统开始读入预先写入的数据集，如果需要更多的调试过程，就再次重复初始化过程。对于时间延迟而言，也要进行同样的调试。所以我们可以认为：给定的模块是根据系统环境来进行调试的！这是为了维护电路的稳定性而不得不采取的一项复杂的方式。不过很遗憾，这样的方式目前还得不到什么明显的改善。
好的，目前，Micron、三星和Elpida已经推出了各自的512MB DDR II内存芯片，我们可以从中或多或少了解一些到了2003年下半年时的情况：
频率：533MHz；
结构：32×4、16×8、8×16；
核心/芯片电压：1.8V；
功率：304mW；
封装：FBGA；
附加功能：外置电路电阻调节。
嗯，看上去很不错，下一代的内存频率和性能都得到了提高，能耗也下降了。FBGA的封装方式比起现在的TSOP-II方式而言可以将芯片排列的更为密集，并提高了信号的稳定性。根据Semico Research的数据，三年前，大约69％的内存芯片是供应给PC市场的，但现在只有46％了，通信、消费电子产品以及移动设备占据了剩下的份额。
对于显卡而言，它比主板更需要高速的内存。在2002年底，GDDR-2/3标准确立，DDR II内存引入了显卡领域。nVidia以及Co的GDDR-2标准输出带宽达到了1Gbit/s带宽，而ATI的GDDR-3标准中运行频率更高，带宽也达到了1.4Gbit/s。这两种标准得到的频率分别是1GHz和1.4GHz。
此外，显卡厂商们实际上必不仅关注于DDR II内存的工作频率，他们需要的是花费更少、效率更高的产品。ATI和Elpida就对DDR II内存进行了一些改动，砍掉了所有不需要的东西，从而得到了符合移动领域需要的DDRII M。不过该产品目前在市场上的前景尚不明朗。
我们在DDR II身上似乎又看到了过去发生的故事。如果将DDR II的命运交给市场来排除其他因素的话，胜利者会是那个性价比好的。而且，以后的发展也同样如此。DDR III也离我们不远，它的电压将降到1.2-1.5V，频率仅提升到800-1500MHz，带宽将达到12GB/s。但是有一个地方不会改变：DDR II芯片的成本接近DDR，DDR III也将如此。
在过去的几年中，内存市场的发展是一个很好的例子。内存业正常而自然的前进脚步被Intel和Rambus打乱了。我们不想再重复这个故事了，其中的细节我想也已经妇孺皆知了。让我们回想这次事件造成的结果：Rambus这个昂贵的、不公开（由单一公司发展）的内存标准被业界抛弃了，并选择了DDR内存作为自己的发展方向。DDR内存在市场中通过公平竞争战胜了RDRAM。所以现在有一个问题：什么标准会继任DDR呢？
考虑以上说的种种，我们可以肯定市场将做这个决定。市场需要一些东西比现在的DDR更快，但同时又希望这个东西能够最大程度的兼容目前现有的架构，可以让业界实现平滑过渡。在这样的情况下，我们迎来了DDR II。JEDEC在1998年4月就开始做DDR II的相关工作了，当时DDR还没有出现在市场上。到现在，所有主要的内存厂商都已经可以开始批量生产DDR II内存芯片。这款新产品和RDRAM的开发过程完全不一样，因为它具有相当的开放性，非JEDEC的成员都可以自始至终参与其中，这也就意味着低成本和大批量。
这项新标准的重点并不是内存本身，而在于内存对于系统（主要是CPU和芯片组）的需要。新产品除了需要进一步降低造价，降低功耗，还需要向下兼容DDR内存。当然，开发者还会尽自己所能提高DDR II内存的性能，提高总线的效率。
DDR II开发中第一个问题就是对DDR的向下兼容性。如果没有这个要求，那事情就会简单很多，工程师们也就可以开发出一种全新的规格，而不必像现在这样为了兼容性而不得不做出一些调整。不过内存所用芯片的针脚还是从184针（DDR）提高到了232针（DDR II）。
工程师们做了不少改动来保证现有结构的延续性，控制器的指令集没有改动，只是进行了扩展，这样同样的内存控制器就可以适应DDR和DDR II两种规格。他们在数据总线的数据包传输上也做了类似的事情，同样的4-Bank结构和内存分页。看起来，业界吸取了Rambus的教训，没有过分强调“革命性”。
当然，兼容性很重要，但它并不是全部。DDR II的主要目标还是提高性能。首先，也是最明显的，DDR II的工作频率提高了。在PC3200 DDR内存（200MHz）之后，最先出现的DDR II芯片频率会是200/266MHz(64位总线），带宽达到了3.2-4.8GB/s。当然，这个频率还会不断提高。333MHz的芯片已经进入了计划表中，我们可以很快就看到带宽5.4GB/s的产品。同时，由于DDR II芯片全面上市时，PC系统中将普遍采用双通道的内存，那么带宽将是惊人的10.8GB/s。这样的带宽对于AGP 3.0以及PCI-X来说也是足够了。顺便说一下，Intel的下一代x86处理器Prescott的带宽会达到5.4GB/s，同样相当可观。
频率的提升主要是源于制造技术的不断提高，以及核心的改进。现在的核心对数据包的预读取已经达到了4×（之前是2×）。这也就意味着核心的工作频率只是内存总线频率的四分之一。一个266MHz的芯片，外部总线频率就是533MHz，但其核心频率仅是133MHz，这对于现在的内存厂商而言可是小菜一碟。
另一个类似的革新就是执行期的增加：只要不与前面的操作命令冲突，就可以在波形的任何一个上升期来执行。这样一来，命令总线的频率就只需数据总线频率的一半了。
在DDR II的结构改变中，有一项是Posted CAS，可以通过这样的公式计算：写入延迟＝读取延迟-1。这一个结构改动可以有效的提高总线效率。对于DDR而言，读取行、列数据时的时间间隔最少是13ns，这在同频率的DDR II芯片中就意味着4个时钟循环的浪费。而采用Posted CAS模式和附加延迟的概念，在DDR II规格中就可以降低这一部分的损失。这样就可以在确定的交叠时间下处理行、列操作，而不必要什么停顿。
对于延迟（Latency），我们还想多说几句。延迟是目前内存厂商们的痛处，对于RDRAM来说更是如此。内存操作中的高延迟使得内存性能在评测中的成绩很低。DDR内存在这方面要比RDRAM好一些，但差得也不多。从486到奔腾2的几年中，处理器的频率提高了10倍，峰值内存带宽也一样，但是内存操作延迟只提高了5倍。
对于Rambus而言，带宽和延迟之间的选择就不是那么明智。带宽和延迟这两者之间应该有一个平衡。先前制定的VCM和ESDRAM Lite两种内存的规范就被借鉴到了DDR II内存中。在上面这两种内存规范中，都采用了一个小缓存（每个Bank 8kb），来绕过tRCD进行操作（tRCD，RAS到CAS延迟，这是一个很会拖后腿的东西，尤其在较高的频率下），并可以避免进入错误的内存页中。不过，我们现在还没有看到什么进展，目前的DDR II芯片的tRCD值至少也有15ns。
DDR II的开发者还从Rambus身上学到要重视能耗的问题。现在的DDR内存RIMM模块上已经使用到了散热片，对于DDR II而言，在这个方面需要付出不少努力。
DDR II的芯片频率和所需要的电压仍然是直接相关，由于4×预读取使得芯片工作频率降低，相应的电压也从2.5V降到了1.8V。
对于DDR II的架构，另一件重要而有趣的事情就是业界开始考虑“自动校准”的可行性。该过程是从通过一个低速写入协议将某个数据集写入芯片中开始的，而这个低速协议要在芯片初始化（也就是校正）后才可以使用，不然就不允位4位写入。于是，必须有一个命令将扩展寄存器打开，并同时开始调试电阻值。然后，系统开始读入预先写入的数据集，如果需要更多的调试过程，就再次重复初始化过程。对于时间延迟而言，也要进行同样的调试。所以我们可以认为：给定的模块是根据系统环境来进行调试的！这是为了维护电路的稳定性而不得不采取的一项复杂的方式。不过很遗憾，这样的方式目前还得不到什么明显的改善。
好的，目前，Micron、三星和Elpida已经推出了各自的512MB DDR II内存芯片，我们可以从中或多或少了解一些到了2003年下半年时的情况：
频率：533MHz；
结构：32×4、16×8、8×16；
核心/芯片电压：1.8V；
功率：304mW；
封装：FBGA；
附加功能：外置电路电阻调节。
嗯，看上去很不错，下一代的内存频率和性能都得到了提高，能耗也下降了。FBGA的封装方式比起现在的TSOP-II方式而言可以将芯片排列的更为密集，并提高了信号的稳定性。根据Semico Research的数据，三年前，大约69％的内存芯片是供应给PC市场的，但现在只有46％了，通信、消费电子产品以及移动设备占据了剩下的份额。
对于显卡而言，它比主板更需要高速的内存。在2002年底，GDDR-2/3标准确立，DDR II内存引入了显卡领域。nVidia以及Co的GDDR-2标准输出带宽达到了1Gbit/s带宽，而ATI的GDDR-3标准中运行频率更高，带宽也达到了1.4Gbit/s。这两种标准得到的频率分别是1GHz和1.4GHz。
此外，显卡厂商们实际上必不仅关注于DDR II内存的工作频率，他们需要的是花费更少、效率更高的产品。ATI和Elpida就对DDR II内存进行了一些改动，砍掉了所有不需要的东西，从而得到了符合移动领域需要的DDRII M。不过该产品目前在市场上的前景尚不明朗。
我们在DDR II身上似乎又看到了过去发生的故事。如果将DDR II的命运交给市场来排除其他因素的话，胜利者会是那个性价比好的。而且，以后的发展也同样如此。DDR III也离我们不远，它的电压将降到1.2-1.5V，频率仅提升到800-1500MHz，带宽将达到12GB/s。但是有一个地方不会改变：DDR II芯片的成本接近DDR，DDR III也将如此。
