電腦達人養成計畫 3-5：DDR3、DDR4？歷代 SDRAM 演進史

DDR2 SDRAM

活躍年代：2004 ~ 2009
針腳配置：240 針
封裝方式：BGA
工作電壓：1.8 V
單條模組最大容量：4 GB (UDIMM)、8 GB (RDIMM、FB-DIMM)
單一顆粒晶片 Bank 數量：4 或 8

DDR2 顧名思義是第二代的 DDR 記憶體，絕大多數的功能都與 DDR SDRAM 差不多，最明顯的差異在於 DDR2 SDRAM 的預取資料量是 DDR SDRAM 了兩倍 (由 2n 升級為 4n)，所以 DDR2 SDRAM 的 I/O 運作時脈比 DDR SDRAM 又再次提高了一倍，這連帶也就造就了在同樣運作時脈下，DDR2 SDRAM 的每秒資料傳輸率可以再次加倍的效果。

從 DDR2 SDRAM 開始，記憶體顆粒晶片則必須使用成本較高的 BGA 封裝 (以往的 TSOP 封裝沒辦法滿足 DDR2 SDRAM 在高速下維持訊號完整與針腳數增加的需求，且 TSOP 外露且向外延伸的針腳在時脈拉高之後會產生嚴重的寄生電容與電阻拉高的現象)，使用 BGA 封裝的另一個好處是 BGA 晶片的體積比起 TSOP 封裝來得小上許多，讓記憶體模組上有更多空間可以堆疊記憶體顆粒了，這也是為了推出更大容量的記憶體模組所必須具備的特性。

除此之外，受益於製造工藝的提升，DDR2 SDRAM 的工作電壓比起前代來說大幅降低為 1.8 V。

DDR3 SDRAM

活躍年代：2007 年至今
針腳配置：240 針
封裝方式：BGA
工作電壓：1.5 V (DDR3)、1.35 V (DDR3L)
單條模組最大容量：8 GB (UDIMM)、16 GB (RDIMM)
單一顆粒晶片 Bank 數量：8

DDR3 SDRAM 應該是目前絕大多數人正在使用的記憶體吧？做為第三代的雙倍資料傳輸率同步隨機存取記憶體 (這名字真是越來越長了)，與前代最明顯的差異依然是預取資料量的提升與傳輸架構上的改變，DDR3 SDRAM 的預取資料量再次翻倍為 8n，因此 DDR3 SDRAM 的 I/O 匯流排時脈又將是 DDR2 SDRAM 的兩倍。

至於架構方面主要的不同則是出現在記憶體控制器與記憶體模組之間的傳遞命令、位置、時脈或控制訊號方式上，以往的 DDR2 與 DDR 記憶體是使用「T 型拓樸」的方式進行，也就是記憶體控制器連結到記憶體模組之後再開枝散葉連到各個記憶體顆粒晶片上，而到了 DDR3 則改用「Fly-by」的架構，記憶體模組與記憶體控制器之間成為點對點 (此處是指只有單一 Rank 的情形，若為多 Rank 則仍為一對多，但以 Rank 為單位) 的架構 (這麼做的目的基本上與 NUMA 架構類似，為了減輕主幹匯流排的負擔)，不過 DDR3 這種架構的特色理所當然就是不同位置的記憶體顆粒的延遲時間會不一致，距離主幹越遠的晶片將會有較大的延遲。

(上圖取自 www.bit-tech.net)

除了預取量的提升與架構的改變之外，DDR3 絕大多數的改進幾乎都跟省電有關 (其實跟處理器有點像啦，提升性能遇到瓶頸之後就轉彎去發展節能了)，例如專門用於重設 (Reset) 訊號的針腳，可以讓記憶體在接收到重設命令時暫時停止所有操作並轉為最為省電的狀態，鎖向環電路、訊號收發電路與時脈產生器都會隨之暫停運作以節省電力。

另一項新功能則被稱為 SRT (Self-Refresh Temperature)，可以讓記憶體根據實際對溫度進行偵測來最佳化記憶體顆粒晶片的溫控、時脈與電源管理 (透過自動調整重新充電的頻率來實現)，並且支援對 Bank 的局部進行重新整理的功能 (PASR, Partial Array Self-Refresh) 也可以提高對記憶體顆粒晶片上的 Bank 進行寫入操作時的能源效率。

值得注意的是，在 2013 年附近開始低電壓版本的 DDR3L (電壓為 1.35 V) 被運用在不少系統上，儘管在說明上有不少文件說這兩種規則彼此互相相容，但實際上在某些較晚期的 DDR3L 主機板上是無法使用 DDR3 記憶體進行開機的，也強烈不建議同時混用這兩種記憶體，特別是基於 Haswell、Broadwell、Skylake 平台的系統，Intel 官方已經提出警告在這些系統上 (尤其是 Skylake) 使用 DDR3 記憶體可能會導致處理器內的整合記憶體控制器 (IMC) 損毀，請使用 DDR3L 記憶體 (不過如果你打算配 Skylake 平台的話，應該會選擇搭配 DDR4 記憶體吧？所以這個問題也不算很大)。