 1 内存的种类 内存(Memory)又可分为 DRAM(Dynamic Random Access Memory)动态随机存取内存和 SRAM (Static Random Access Memory)静态随机存取内存两种。两种都是挥发性的内存，SRAM 的主要使用 flip-flop 正反器，通常用于快取 (Cache)，而 DRAM 则是使用电容器及晶体管组成。 DDR(Double Data Rate)其实指的是 DDR SDRAM(Double Data Rate SDRAM)，SDRAM 及 DDR 主要差异有三点整理如下：  2 DDR 历代规格介绍 我们常说的DDR,亦即DDR SDRAM,指的是PC端或者消费电子(手机，平板)中的内存，是“Double Data Rate SynchronousDynamic Random Access Memory”（双数据率同步动态随机存储器）的简称，它允许在时钟脉冲的上升沿和下降沿传输数据，其主要作用是为了和CPU频率同步，进而大大提高数据传输效率。 有了内存的认识之后，这边将历代 DRAM 的规格整理如下：  SDRAM从发展到现在已经经历了四代，分别是：第一代SDR SDRAM，第二代DDR SDRAM，第三代DDR2 SDRAM，第四代DDR3 SDRAM，现在已经发展到DDR5 SDRAM。 第一代SDR SDRAM,单边沿传输数据； DDR SDRAM是Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory(双数据率同步动态随机存储器)的简称，为第二代SDRAM标准。其常见标准有DDR 266、DDR 333和DDR 400。其对于SDRAM，主要它允许在时钟脉冲的上升沿和下降沿传输数据，这样不需要提高时钟的频率就能实现双倍的SDRAM速度，例如DDR266内存与PC133 SDRAM内存相比，工作频率同样是133MHz，但在内存带宽上前者比后者高一倍。这种做法相当于把单车道更换为双车道，内存的数据传输性能自然可以翻倍。 DDR2(Double Data Rate 2)SDRAM是由JEDEC(电子设备工程联合委员会)开发的第三代SDRAM内存技术标准，1.8v工作电压，240线接口，提供了相较于DDR SDRAM更高的运行效能与更低的电压，同样采用在时钟的上升/下降延同时进行数据传输的基本方式，但拥有两倍于上一代DDR内存预读取能力(即4bit数据读预取能力)，其常见的频率规范有DDR2 400\533\667\800\1066\1333等，总线频率553MHz的DDR2内存只需133MHz的工作频率 DDR3 SDRAM相比起DDR2具备更低的工作电压(1.5v)，240线接口，支持8bit预读，只需133MHz的工作频率便可实现1066MHz的总线频率。其频率从800MHz起跳，常见频率有DDR3 800\1066\1333\1600\1866\2133等。DDR3是当前流行的内存标准，Intel酷睿i系列(如LGA1156处理器平台)、AMD AM3主板及处理器的平台都是其“支持者”。 DDR4相比DDR3最大的区别有三点：16bit预取机制（DDR3为8bit），同样内核频率下理论速度是DDR3的两倍；更可靠的传输规范，数据可靠性进一步提升；工作电压降为1.2V，更节能。 目前已经发展到DDR5 SDRAM; DDR到DDR5的主要变化主要表现在DDR的性能，容量和省电三个方面：IO的速率也越来越高，规范的工作电压越来越低，芯片容量越来越大。除了电压，容量和IO的速率变化之外，还包含Bank,Bank Group,PrefetchQ和Burst Length的演进，bank数越来越多，到DDR4出现bank group,prefetch也从2n增加到4n,8n。  虽然我们说现在DDR4的最大速率是3200MT/s, 但是这是指的DDR4的IO频率，即DDR4和memroy controller之间的接口数据传输速率。那么DRAM是怎么实现用比较低的核心传输频率来满足日益高涨的高速IO传输速率的需求呢？这就是靠prefetch来实现的。  从DDR开始到DDR3很好理解，Prefetch相当于DRAM core同时修了多条高速公路连到外面的IO口，来解决IO速率比内部核心速率快的问题，IO数据速率跟核心频率的倍数关系就是prefetch。 burst length的长度跟CPU的cache line大小有关。Burst length的长度有可能大于或者等于prefetch。但是如果prefetch的长度大于burst length的长度，就有可能造成数据浪费，因为CPU一次用不了那么多。所以从DDR3到DDR4，如果在保持DDR4内存data lane还是64的前提下，继续采用增加prefetch的方式来提高IO速率的话，一次prefetch取到的数据就会大于一个cache line的大小 （512bits），对于目前的CPU系统，反而会带来性能问题。 DDR4出现了Bank Group,这就是DDR4在不改变prefetch的情况下，能继续提升IO速率的秘密武器。DDR4利用Bank group的interleave，实现IO速率在DDR3基础上进一步提升。 2.1 Prefetch原理  Prefetch字面意思就是预存取，每一代的DDR预存取大小不同，详见第2章中表格。以DDR3为例，它的Prefetch=8n，相当于DDR的每一个IO都有一个宽度为8的buffer，从IO进来8个数据后，在第8个数据进来后，才把这8个数据一次性的写入DDR内部的存储单元。下图是一个形象的解释，同时我们关注一下几个速率。DDR3的时钟是800MHz，Data Rate是1600Mbps，由于这个Buffer的存在，DDR内部的时钟只需要200MHz就可以了（注意DDR内部不是双比特翻转采样）。  我们来做一个频率对照表，如下：  DDR内部的最小存储单元（1bit）是一个晶体管+一个电容，电容会放电，需要不断的“刷新”（充电）才能保持正常的工作状态，由于电容充放电需要时间，DDR内部的频率受限于此，很难提高，目前技术一般在100~200MHz。因此需要用Prefetch技术来提内部数据高吞吐率（其实就是串并转换原理）。Prefetch位宽的提高，是DDR2,3,4非常显著的变化。 第一段提到，对于DDR3，在第8个数据进来后，FIFO满了，然后才把这8个数据一次性的写入DDR内部的存储单元，那么必须要求DDR的内部时钟和外部时钟有一定的约束关系，FIFO满的时候一定是以DQS下降沿采样结束的，数据手册中对DQS的下降沿与clk有一个建立时间和保持时间的约束要求的目的原来是这样。 2.2 总结 DDR核心技术点就在于：(1)双沿传输。(2)预取prefetch. DDR的频率：(1)核心频率 (2)时钟频率 (3)数据传输频率；核心频率就是内存的工作频率；DDR1内存的核心频率是和时钟频率相同的，到了DDR2和DDR3时才有了时钟频率的概念，就是将核心频率通过倍频技术得到的一个频率。数据传输频率就是传输数据的频率。DDR1预读取是2位，DDR2预读取是4位，DDR3预读取是8位。 DDR4和LPDDR4是两种不同类型的内存，它们的主要区别在于功耗和性能方面。 DDR4是桌面和笔记本电脑常用的内存类型，相对于前一代DDR3来说功耗更低、速度更快、容量更大。 DDR4内存通常可以在较高的时钟速率下运行，因此具有更好的数据传输速度和响应时间。然而，DDR4内存对于移动设备来说可能过于耗电，因此在移动设备上使用可能不太适合。 LPDDR4是专门为移动设备设计的内存类型。它比DDR4内存消耗更少的电力，并且可以在更低的电压下运行，从而延长了移动设备的电池寿命。尽管LPDDR4的时钟速率比DDR4慢一些，但由于其专门为移动设备设计，因此在移动设备上表现更好。 总之，DDR4和LPDDR4都是不同类型的内存，它们的主要区别在于功耗和性能方面。DDR4适用于桌面和笔记本电脑等高性能计算机，而LPDDR4则适用于需要长时间使用移动设备的用户。 与DDR相比，LPDDR内存全称是Low Power Double Data Rate SDRAM,中文意为低功耗双倍数据速率内存，又称为mDDR(Mobile DDR SDRM),主要针对于移动端电子产品。 LPDDR4X何以看作是LPDDR4的省电优化版本，比LPDDR4功耗更低、更省电；目前市面上主流旗舰手机内存使用的都是LPDDR4X和LPDDR4,由于二者经常同时出现，名字也十分相以，所以很容易让人混滑。  DDR: 英文全称Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory。它主要应用在普通内存条； LPDDR: 英文全称Low Power Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory。它主要应用在智能手机，智能手表等对功耗，体积敏感得产品； GDDR: 英文全称Graphics Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory。主要用于高速图像处理的场合，比如计算机的显卡中，可以简单理解为专门为显卡而做的DDR内存，这种内存与普通DDR相比，拥有更高的时钟频率和更小的发热量。  |
