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DDR4 内存所带来新变化

日期: 2016-08-01
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早在去年9月分,Intel 旗舰级CPU Haswell-EX99芯片发布就宣告内存进入DDR4时代。而今年Intel新一代14nm Skylake架构处理器连同100系列主板一同亮相,让DDR4内存真正从幕后走前台前。内存,从DDRDDR2、再到DDR3,每次更新换代都会给硬件发展史划上浓墨重彩的一笔。当然,从DDR3DDR4,相信同样不会例外。

    不过,有一种论调很快在DIY圈子里传开,同频DDR3 对比DDR4DDR4内存性能反而处于下风理论上讲,按摩尔定律新一类的产品应该是技术越来越好,性能越来越强。从单技术层面来看,内存技术标准的制造者JEDEC即固态技术协会就在DDR4内存上采用许多优于DDR3内存技术。那到底DDR3DDR4内存性能差异如何?今天我们就来探究一下这个问题。

DDR4 内存所带来新变化

DDR3DDR4对比性能测试:一个时代的较量

DDR4 内存所带来新变化:

1)数据预存机制16bit(架构与设计)DDR4 内存所带来新变化

增加数据预存取值是内存性能提升的主要手段,从DDR2bitDDR24bit再到DDR38bit但工程师们发现到DDR4时代,数据的预取数增加难度越来越大,DDR4直接上16bit并不容易。因此,在DDR4内存上采用了GDDR5Bank Group设计。

  实际上,内存是一个自带运输能力的仓库,要建立一个高速运转的仓库,有两点要求:一、仓库本身将货物从库房中存取的速度要足够快;二、这些货物可以很快地运输到外部。类似于大电商的物流中转站。DDR3-1600为例,使用8bit 预存机制,相当于库房内部的一次可以存取8件货物,但它搬运机器效率很高,每秒可执行200次任务(即内存内部时钟频率为200MHz),因此仓库内部每秒总存取货物数量就达到8x200=1600件。不过,这也要求仓库外部也具备相应的能力。虽然它一次只能存取2件货物,但它每秒可以执行800次任务(即内存I/O总线时钟频率为800MHz),其货物存取总量也是1600件。这样整个仓库内外效率是一致的。

如果想要再提升货物的存取数量,除了工提作频率外,提升预取数也是可行的方法。然而DDR4内存由于设计复杂,存在发热量大等问题,很难再提升预存数。JEDEC采用一个取巧的设计,将这个仓库分为两个小仓库(最多可分四个),并为每个仓库配备独立的内部和运输工具,这就是所谓的Bank Group。显然采用这样的设计之后,就相当于将预存取数提升至28bit,也就是相当于16bit,货物预存取数量将翻倍。不过与之而来的代价是内存内部设计上复杂性增加,造成内存延迟增加,实际性能提升幅度不会达到理论数值。

  我们知道延迟过大,可能造成内存性能不升反降。举例来说,假设DDR3-1600执行一条存取命令需要0.5秒,那么完全1600件货物存取任务的总消耗时间是1+0.5秒,每秒实际货物存取数量约为1600/1.5=1066件。如果DDR4 1600内存,可能准备时间达到1+2.5秒,尽管它16bit,每秒可存3200件,但每秒实际存取数量3200/3.5=914件,因此得出结论是,同频情况下,DDR4未必能胜DDR3,主要是跟DDR4提高的延迟有关。

2)频率:最高达4266MHz

  如果你真认为DDR4不如DDR3,那就错了。因为DDR4出身就比较高贵,虽然延迟比DDR3要高,但它并不想在同频上与DDR3相较量。DDR4内存采用了全新的点对点总线技术,可以尽可能多地使用内存位宽资源,并且能够支持更高的内存频率。DDR4起步频率就高达2133MHz,最高则是4266 MHz。更大的16bit预取+更高频率,完全能抵冲掉高延迟对性能影响。

3)电压:1.2/1.35V电压带来更低功耗

DDR4 内存所带来新变化

DDR4内存采用了TCSE温度补偿自刷新技术TCARtemperature Compensated Auto Refresh),主要用于降低存储芯片在自刷新时消耗的功率。另外,DBIData BusInversion)数据总线倒置,用于降低VDDQ电流。这些技术能够降低DDR4内存的功耗。

  当然作为新一代内存,降低功耗最直接的方法更新的颗粒制程以及更低的电压。DDR4运行电压则会进一步降低至1.2V,甚至还可能会有1.1V/1.05V的超低压节能版。就连DDR4-3000以上频率工作电压也仅有1.35V。对比DDR3,起步电压就达到1.5V,像DDR3-2133及以上高频必须得上1.65V或更高。

 

4)外观:金手指位置变化

DDR4 内存所带来新变化

DDR4的金手指发生明显的改变,不再是笔直的内存条,而是弯曲的。考虑到平直的内存金手指拔插不方便的问题,DDR4将内存金手指改成中间稍突出、边缘收矮的形状。在中央的高点和两端的低点以平滑曲线过渡。这样的设计既可以保证DDR4内存的金手指和内存插槽触点有足够的接触面,信号传输确保信号稳定的同时,让中间凸起的部分和内存插槽产生足够的摩擦力稳定内存。

2DDR3DDR4内存测试及平台介绍

  聊了这些多关于DDR4的新变化、新技术,到底DDR3DDR4的性能差异在哪里呢?接下来,我们就一一来验证。

评测平台介绍与说明:

硬件平台

CPU

Intel Core i7-6700K
 Intel Core i7-4770K

主板

华硕Z97-Deluxe
华硕MAIMUS VII HERO Z170

内存

Ramsta 天狼 DDR3-1600 4Gx2 10-10-10-27-1T

金士顿 DDR4-2133 4Gx2 (15-15-15-35-2T)

 
 

硬盘

主盘:Ramsta S600 480G

显卡

NVIDIA GeForce GTX 980Ti

电源

Highpower 1000W

 

软件平台

操作系统

Windows 7 Ultimate X64 SP1

驱动程序

NVIDIA ForceWare 350.12 WHQL

评测方案

DDR3-1600DDR4-2133性能对比

测试软件
 Sisoftware Sandra(测试内存带宽及延迟)
 ADIA 64 5.20.3400(测试内存读取、复制及写入性能)

  为了保证测试的准确性,我们特意为两个平台分别选用intel四代与六代旗舰定位的i7-4770 Ki7-6700K,虽然架构与主频不同,但同为四核八线程,且性能差距不大。搭配支持DDR3内存的Z97主板及支持DDR4内存的Z170主板。

 

测试的DDR3DDR4内存:

1DDR3-1600DDR4-2133


对于DDR3来说,1600MHz频率已经成为起步频率。而DDR4起步频率正是2133MHz,我们来看看两者默认频率下性能如何?测试的内存分别为瑞势Ramsta天狼 DDR3-1600  金士顿 DDR4-2133

 DDR4 内存所带来新变化

 

DDR3DDR4基础频率及同频率PK

DDR3-1600内存的测试平台:

DDR4 内存所带来新变化 DDR3-1600MHz早已取代1333MHz成为普条,瑞势Ramsta天狼 DDR3-1600默认时序为10-10-10-27-1T,这样时序相对1600MHz来说保守许多。市面上有一些1600MHzDDR3内存时序可以低至8-8-8-24-1T。由于测试时间紧迫,样品有限,我们选了比较中庸时序的DDR3-1600,成绩上会比低时序的1600差一些。

DDR4-2133内存的测试平台:

DDR4 内存所带来新变化

相比于DDR3-1600起频频率,DDR4的内存起步频率达到2133MHz。瑞势Ramsta天狼 DDR4-2133 默认时序15-15-15-35-2T,同样,对于DDR4-2133内存来说,这样时序同样保守,正好与DDR3-1600形成互补。它的工作电压仅1.2V

 

 

基础频率PKDDR3-1600DDR4-2133

AIDA64 Engineer 5.20.3400软件测试:

DDR4 内存所带来新变化 
测试成绩对比

Sisoftware Sanda软件测试:DDR4 内存所带来新变化

 

测试成绩对比

 

测试小结:首先指出,这是不公平PK不公平体现在频率上不一致,一个1600MHz,一个2133MHz,测试结果也没有悬念,DDR4-2133各项成绩均优于DDR3-1600,且在读取、复制、写入性能以及内存带宽上,领先的幅度较大。虽然DDR3-1600在时序上比DDR4-2133更先进,但频率上差距让DDR4表现更为出色。不过,细心的网友注意到,在内存的延迟上,DDR-160024.9ns,而DDR4-213323.1ns,两者差距不明显。

  通过这一组数据对比,主要看一看DDR3DDR4在基础频率上表现到底如何,显然跟预想一致,DDR4-2133更优胜于DDR3-1600

 

 

 

 

DDR3DDR4对比性能测试总结:

DDR4 内存所带来新变化

通过上述数据对比看出,基础频率DDR4-2133胜于DDR3-1600

  话又说回来,虽然现在市面有一些100系列主板既支持DDR3又支持DDR4内存,但后续随着Intel 新一代平台普及,DDR4全面取代DDR3,似乎只是时间问题。选DDR3还是选DDR4?这并不是由我们决定的。

  如果将两者放在同一维度上比较也没太多意义,因为平台不同,规格不兼容,两者共通性不强。最重要的是,现阶段解决内存容量的前提下,内存的性能可谓是绰绰有余,三大件中,真正瓶颈与短板是:硬盘。摩尔定律向来跟内存性能没有太大关系……

 

 

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