 3 内存原理 基本DDR subsystem架构图：DDRC +DDRphy +SDRAM颗粒，DDR IP一般包括DDR Controller和DDR PHY，内部涉及的内容包括但不限于以下几个方面：数据保序、仲裁、最优调度、协议状态机设计、防饿死机制、bypass通路、快速切频、DDR training  从外观上就可以看出来小张的内存条由很多内存颗粒组成。  从内存控制器到内存颗粒内部逻辑，笼统上讲从大到小为：channel＞DIMM＞rank＞chip＞bank＞row/column，如下图： 一个现实的例子是：  在这个例子中，一个i7 CPU支持两个Channel（双通道），每个Channel上可以插俩个DIMM，而每个DIMM由两个rank构成，8个chip组成一个rank。由于现在多数内存颗粒的位宽是8bit，而CPU带宽是64bit，所以经常是8个颗粒可以组成一个rank。所以小张的内存条2R X 8的意思是由2个rank组成，每个rank八个内存颗粒。由于整个内存是4GB，我们可以算出单个内存颗粒是256MB。 3.1 Channel 内存控制器（Memory Controller）是计算机系统内部控制内存并且负责内存与CPU之间数据交换的重要组成部分。CHANNEL即内存通道，实际上是一种内存的带宽加速技术。一个DDR控制器中可能有一个内存通道，也可能有两个内存通道。最常见的是双通道，民用级电脑都支持，服务器还有3通道和4通道等。 3.1.1 DDR3/DDR4内存通道 内存通道实际是对应一组时钟、命令、地址、数据线，这组总线也就是所谓的内存通道。一般一个内存通道，可以连接若干个DIMM。 DDR3/DDR4的内存通道，如下图所示：  DDR3/DDR4内存通道关键点，一个通道上可以插多根DIMM，每个DIMM只会占用一个通道。 下面以双通道为例，解释一下多通道技术。
DDR5不会为每个DIMM提供一个64位数据通道，而是为每个DIMM提供两个独立的32位数据通道（考虑ECC时为40位）。也就是说一个DIMM会占用2个通道。  一个DDR5内存控制器，对应2个通道，每个通道32bit。这2个通道一起向一根DIMM累计提供64bit的数据访问。  与传统的DDR4双通道相比，一个DDR5内存控制器对应2个通道，2个DDR5内存控制器就对应4个通道。说的更直白就是，DDR4需要至少2根DIMM才能组成双通道；DDR5一根DIMM就可以组成双通道，2根DIMM就可以组成4通道。 Channel: 通道，芯片支持多少个DDRC（DDR控制器）就支持多少个通道。一个主板上可能有多个插槽，用来插多根内存。这些槽位分成两组或多组，组内共享物理信号线。这样的一组数据信号线、对应几个槽位（内存条）称为一个channel（通道）。简单理解就是DDRC(DDR控制器)，一个通道对应一个DDRC.CPU外核或北桥有两个内存控制器，每个控制器控制一个内存通道。内存带宽增加一倍。（理论上） 3.1.3 一个内存通道可以插多少根内存条 关于这个问题，我之前也有个误区，想当然的认为每个通道，应该可以插无数根内存条，就看硬件厂商做了多少个插槽，而实际这是错误的。 一个内存控制器无论是，有一个或两个内存通道，但是一般单个通道支持的RANK数量是有限的。 比如，一个通道最大支持8个RANK，那么可能有以下几种情况： 若单条DIMM有1个RANK，那么这样的DIMM，可以插8根； 若单条DIMM有2个RANK，那么这样的DIMM，可以插4根； 若单条DIMM有4个RANK，那么这样的DIMM，可以插2根； 所以理论上，一个通道到底可以插多少根内存条，与通道支持的最大RANK数，以及DIMM的RANK数有关。 3.2 DIMM(dual inline memory module) DIMM（Dual Inline Memory Module）双列直插内存模块，也就是我们常见的内存条。  DIMM(dual inline memory module)是主板上的(一条可传输64bit数据的内存PCB,也就是内存颗粒的载体)。 但是它的历史，你知道吗？ 最初在80286时代，内存颗粒（Chip）是直接插在主板上的，叫做DIP(Dual In-line Package)。 到了80386时代，换成1片焊有内存颗粒的电路板，叫做SIMM（Single-Inline Memory Module）。由阵脚形态变化成电路板带来了很多好处:模块化，安装便利等等，由此DIY市场才有可能产生。当时SIMM的位宽是32bit，即一个周期读取4个字节。 到了奔腾时，位宽变为64bit，即8个字节，于是SIMM就顺势变为DIMM（Double-Inline Memory Module）。这种形态一直延续至今，也是内存条的基本形态。 DIMM说白了就是将若干个内存颗粒，单独焊接在一块独立的电路板上，方便模块化和安装。 当然现在DIMM因其用途不同，又分为很多种，比如： RDIMM: 全称（Registered DIMM），寄存型模组，主要用在服务器上，为了增加内存的容量和稳定性分有ECC和无ECC两种，但市场上几乎都是ECC的。 UDIMM：全称（Unbuffered DIMM），无缓冲型模组，这是我们平时所用到的标准台式电脑DIMM，分有ECC和无ECC两种，一般是无ECC的。 SO-DIMM：全称（Small Outline DIMM），小外型DIMM，笔记本电脑中所使用的DIMM，分ECC和无ECC两种。 Mini-DIMM：DDR2时代新出现的模组类型，它是Registered DIMM的缩小版本，用于刀片式服务器等对体积要求苛刻的高端领域。 可以看到这些DIMM规格尺寸，都会有所差异：  DIMM(dual inline memory module)是主板上的(一条可传输64bit数据的内存PCB,也就是内存颗粒的载体)。  3.2.1 DIMM容量计算 我们知道一根DIMM上可能有多个RANK，所以我们用通道位宽/内存芯片位宽，就可以得到一个RANK需要几颗芯片组成，然后使用芯片容量*芯片数，就可以得到一个RANK的容量大小，再结合RANK数量，可以计算出整根DIMM的容量。 DDR3或DDR4的DIMM计算公式，如下：
DDR5的DIMM计算公式，如下：
3.3.1 RANK是什么 下文中提到的，内存颗粒皆指Package的概念了，也就是电路板上肉眼实实在在看到的芯片。 上面讲到内存颗粒，我们都知道内存条上可不止一个内存颗粒，一般都是由很多内存颗粒共同组成一根内存条。那么你知道这些颗粒是怎么组织起来的吗，还是说多一个颗粒，少一个颗粒都无所谓呢？接下来，继续介绍。 我们知道，CPU与内存之间的数据接口位宽是64bit，也就意味着CPU在一个时钟周期内会向内存发送或从内存读取64bit的数据。可是，单个内存颗粒的位宽仅有4bit、8bit或16bit，个别也有32bit的。显然发送方和接收方的位宽必须一致，不能说我发了64位数据出来，你才收到前面的16位，后面的就丢掉了。因此，必须把多个颗粒并联起来，组成一个位宽为64bit的数据集合，才可以和CPU互连。生产商把64bit集合称为一个物理BANK（Physical BANK），简写为P-BANK。为了和逻辑BANK相区分，也经常把P-BANK称为RANK或Physical RANK,把L-BANK则简称为BANK。如果每个内存颗粒的位宽是8bit，应该由8个颗粒并联起来，组成一个RANK（64bit）；同理，如果颗粒的位宽是16bit，应该由4个颗粒组成一个RANK。由此可知：Rank其实就是一组内存颗粒位宽的集合。具体说，当颗粒位宽×颗粒数=64bits时，这个模组就是有一个RANK。 为了保证和CPU的沟通，一个模组至少要有一个RANK。但是，为了保证有一定的内存容量，目前，DDR2内存，经常是采用一个模组两个RANK的架构。（过去也有用几个模组组成一个RANK的情况）。  我们可以，把这样一个由多个颗粒组成的64bit位宽集合，称为一个RANK。 大家需要认识到的就是，多个颗粒组成当前内存通道的位宽，这个位宽集合，称之为一个RANK。 不同类型DDR，其通道位宽不一样，如： 1在DDR3、DDR4上内存通道位宽为64bit。 1DDR5上，单根DIMM双通道，每个通道位宽为32bit。 为了和逻辑BANK相区分，也经常把RANK称为Physical BANK（物理BANK），简写为P-BANK。逻辑Bank，简写为L-BANK。 一个RANK中颗粒数量 = 通道位宽 / 颗粒位宽 比如，128MB内存芯片，其位宽为8bit，那么需要8块芯片才能组成64bit位宽，将这些芯片焊接到一块DIMM上，插到主板上就可以使用了。这时，该DIMM的总容量就是128MB*8=1GB。 假设，该主板只有一个DIMM插槽，并且我们还想将DIMM扩容至2GB，并且还只能使用128MB，位宽为8bit的内存颗粒。那么应该如何实现呢？说的更直白一点，就是如何做到单个DIMM容量翻倍。下面，就开始介绍。 |
