从DDR到DDR4，内存核心频率其实基本上就没太大的进步

从2001年ddr内存问世以来，到2019年的今天，内存技术已经经历了ddr、ddr2、ddr3、ddr4四个主要规格阶段（现在ddr5也已推出）。内存的工作频率从ddr时代的266mhz发展到现在的3200mhz。这个频率在操作系统中被称为speed，在内存术语中被称为等效频率或简称频率。频率越高，每秒钟内存的io吞吐量就越大。然而，内存有一个最基本的频率，即核心频率，它是内存电路实际工作时的振荡频率，是内存工作的基础，对内存的io延迟有很大影响。我今天想揭示一个事实：在过去的18年里，核心频率几乎没有太大进步。

内存Speed

在Linux上，你可以查看机器上内存的Speed。

代码语言：javascript 代码运行次数：0

# 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

上述命令可以显示每个插槽上内存物理设备的情况，由于结果较长，我只列出了其中一个内存的信息。对于我们开发者来说，其中有两个关键数据。

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。我机器上所有内存条的Speed都是1067MHz（别笑话，因为我的测试机器是从线上过保淘汰下来的，所以有点旧）。将Data Width和Speed相乘后得到的就是数据带宽。我们汇总了历史上各个阶段的内存Speed和带宽，如下图所示。

内存背后的秘密-核心频率

通过Linux，我们只能看到内存的一个Speed，即数据传输的频率。这个频率也称为Data Speed或等效频率。各大厂商在内存销售页面上也将这个频率标在显眼位置，以提醒消费者他们家的内存有多快。但实际上，从内存条的技术参数来看，最重要的频率是核心频率，它是内存电路的振荡频率，是内存一切工作的基础。

我们来看一下各代内存的更全面详细的数据。

我汇总了从SDR时代到目前主流的DDR4的内存频率表对比。大家可以看到，核心频率多年来几乎没有实质性进步，这是受物理材料极限的限制，内存的核心频率一直徘徊在133MHz至200MHz之间。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不断变快，是因为这些放大技术手段在不断进步。

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SDR时代：在最古老的SDR（Single Data Rate SDRAM）年代，一个时钟脉冲只能在脉冲上沿传输数据，因此也称为单倍数据传输率内存。这个时期内存的提升方法是提升内存电路的核心频率。DDR时代：但内存制造商发现核心频率达到200MHz后，提升难度很大。因此，在电路时钟周期内预取2bit，输出时在上升期和下降期各传输一次数据。所以在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Prefetch提升为4，每个电路周期一次读取4bit。所以DDR2的Speed（等效频率）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Prefetch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，所以与DDR3一样，Prefetch仍然为8。内存制造商们另辟蹊径，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。我曾试图在Linux下找到能查看核心频率和IO频率的命令，但没有找到，市面上销售的各种内存条似乎也很少提及它。但我们是IT从业人员，不是普通用户，因此我认为大家有必要了解这个原理。（事实上，这两个频率会影响后面讨论的内存延迟参数，而延迟参数又决定了内存的真正性能）

总之，内存的真正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。但这些放大手段都有局限性。比如你的内存数据存储不连续，这时DDR2、DDR3的数据预取对你帮助不大。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。

扩展：内存延迟

除了频率以外，内存还有几个比较重要的参数，但同样在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。

以上就是从DDR到DDR4，内存核心频率其实基本上就没太大的进步的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！