DDR4能否引領(lǐng)新一輪存儲(chǔ)變革？

　　耗電量：省電是DDR4最明顯的改進(jìn)之處。DDR3所需的標(biāo)準(zhǔn)電源供應(yīng)是1.5V(伏特，電壓?jiǎn)挝?而DDR4降至1.2V，專門為行動(dòng)裝置設(shè)計(jì)的低功耗DDR4(LPDDR4)更降至1.1V。除了降低工作電壓，DDR4支持深度省電模式(Deep Power Down Mode)，在暫時(shí)不需要用到內(nèi)存的時(shí)候可進(jìn)入休眠狀態(tài)，無(wú)須更新內(nèi)存(Refresh)，可進(jìn)一步減少待機(jī)時(shí)功率的消耗。

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　　圖三：DDR4 vs. DDR3的標(biāo)準(zhǔn)化能量消耗(圖表來(lái)源：http://www.extremetech.com)

　　除了上述的三個(gè)主要部份外，DDR4還支持命令/地址總線上的同位核對(duì)(parity check)，以及在數(shù)據(jù)寫(xiě)入時(shí)，數(shù)據(jù)總線上支持循環(huán)冗余檢驗(yàn)(CRC)等功能，以自動(dòng)偵錯(cuò)的方式來(lái)避免因訊號(hào)干擾而導(dǎo)致不正確的命令或數(shù)據(jù)被寫(xiě)入內(nèi)存，增加高速傳輸時(shí)數(shù)據(jù)的完整性。

　　DDR4應(yīng)用限制

　　世上沒(méi)有白吃的午餐。雖說(shuō)DDR4具有上述的優(yōu)點(diǎn)，但在應(yīng)用上卻有額外的負(fù)擔(dān)。

　　首先，跟DDR3相比，DDR4讀寫(xiě)指令需要更長(zhǎng)的啟動(dòng)時(shí)間周期(Read Latency或Write Latency，也就是讀寫(xiě)指令下達(dá)后，需花費(fèi)多少時(shí)間周期，數(shù)據(jù)才會(huì)出現(xiàn)在接口上)。因此在相同頻率下，DDR4的讀寫(xiě)效率會(huì)比DDR3低。這其實(shí)是可以理解的。隨著半導(dǎo)體制程技術(shù)的提升，內(nèi)存對(duì)外的接口邏輯電路的速度也越變?cè)娇?，但?nèi)存內(nèi)部的反應(yīng)速度卻沒(méi)有增加，因此對(duì)外部的控制電路而言，DDR4的讀寫(xiě)指令需要更長(zhǎng)的時(shí)間周期才能被啟動(dòng)。換句話說(shuō)，DDR4的輸入頻率頻率或許可以比DDR3快上一倍，但內(nèi)存的反應(yīng)速度并沒(méi)有增快一倍，因此只好定義更多的讀寫(xiě)起始周期來(lái)因應(yīng)。若因?yàn)橄到y(tǒng)的限制，使得DRAM的輸入頻率無(wú)法達(dá)到太高的頻率時(shí)，DDR3的讀寫(xiě)效率會(huì)比DDR4來(lái)得好。其實(shí)從DDR2進(jìn)展到DDR3時(shí)也有類似的問(wèn)題發(fā)生。新一代的內(nèi)存在剛推出的時(shí)候，價(jià)格不但偏高，同頻操作下的效率又比舊型內(nèi)存差，總要過(guò)一段時(shí)間，市場(chǎng)對(duì)高速內(nèi)存的需求升高，再加上產(chǎn)能提升帶動(dòng)單位內(nèi)存價(jià)格的下降，才會(huì)真正達(dá)到世代交替。

　　其次，DDR3有8個(gè)獨(dú)立內(nèi)存組(bank)，每個(gè)bank可獨(dú)立接收讀寫(xiě)指令?？刂?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/DRAM">DRAM的邏輯電路若妥善安排內(nèi)存地址，可以減少相鄰讀寫(xiě)指令間等待的時(shí)間，降低數(shù)據(jù)總線額外閑置的機(jī)率，提高傳輸?shù)男?。DDR4雖然增加內(nèi)存組數(shù)為16，但卻加入內(nèi)存群組(bank group)的限制。不同bank但若屬于同一個(gè)bank group，連續(xù)讀寫(xiě)指令間必須增加等待時(shí)間周期，造成數(shù)據(jù)總線的閑置機(jī)率升高，傳輸效能降低。在此種限制下，如何充分利用數(shù)據(jù)總線以達(dá)成最高效率，對(duì)于控制DDR4的邏輯電路設(shè)計(jì)是新的挑戰(zhàn)。

　　目前各DRAM大廠已陸續(xù)推出DDR4的內(nèi)存模塊，英特爾最新個(gè)人計(jì)算機(jī)旗艦平臺(tái)—Haswell-E搭配X99芯片組全面支持DDR4，價(jià)格上比相似規(guī)格的DDR3貴上20~50%，實(shí)際使用起來(lái)卻感受不到太大的差別。其實(shí)內(nèi)存的執(zhí)行速度雖然重要，多數(shù)情況下并不是系統(tǒng)效能的瓶頸所在。因此，價(jià)格如果不能大幅降低，對(duì)桌面計(jì)算機(jī)的消費(fèi)者而言，改用DDR4的誘因不大。

　　圖四：2014Q1~Q2全球品牌DRAM營(yíng)收排行表數(shù)據(jù)源：DRAMeXchange,Aug,2014

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　　圖五：品牌DRAM各國(guó)市占率數(shù)據(jù)源：DRAMeXchange,Aug,2014

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　　行動(dòng)DRAM興起帶動(dòng)市場(chǎng)需求

　　近幾年DRAM的供需市場(chǎng)產(chǎn)生很大的變化。 2013年美光(Micron Technology Group)并購(gòu)日本內(nèi)存大廠爾必達(dá)(Elpida)后，全球DRAM生產(chǎn)幾乎由前三大公司：三星(Samsung)、海力士(SK Hynix)以及美光所霸占，小廠只能挑選大廠已經(jīng)淘汰的小眾市場(chǎng)勉強(qiáng)維持(詳見(jiàn)圖四)。而低功耗的行動(dòng)DRAM(mobile DRAM)逐漸取代標(biāo)準(zhǔn)型DRAM，成為DRAM產(chǎn)業(yè)最重要的市場(chǎng)。根據(jù)DRAMeXchange所做的統(tǒng)計(jì)，蘋(píng)果公司(Apple Inc)已是全球DRAM最大采買商，預(yù)計(jì)2015蘋(píng)果的產(chǎn)品將占用全球25%的DRAM產(chǎn)能。

　　DRAMeXchangee更進(jìn)一步預(yù)測(cè)，2014年行動(dòng)DRAM占整體DRAM產(chǎn)出的36%，2015年有機(jī)會(huì)突破40%大關(guān)。由此趨勢(shì)看來(lái)，未來(lái)幾年，行動(dòng)內(nèi)存大有機(jī)會(huì)取代標(biāo)準(zhǔn)型DRAM，成為最大的DRAM產(chǎn)出。目前高階智能型手機(jī)或平板計(jì)算機(jī)上的DRAM配備容量大約是1GB~2GB，對(duì)省電方面的要求更加嚴(yán)格。今(2015)年多家手機(jī)大廠新推出的旗艦型智慧手機(jī)計(jì)劃將搭載低功耗的行動(dòng)DDR4(LPDDR4)，加上蘋(píng)果新一代iPhone與iPad將提高內(nèi)建DRAM容量，預(yù)期LPDDR4將比標(biāo)準(zhǔn)DDR4更快普及?？礈?zhǔn)行動(dòng)DRAM的商機(jī)，DRAM三大廠紛紛宣布設(shè)置新設(shè)備來(lái)增加行動(dòng)DRAM的產(chǎn)量。在標(biāo)準(zhǔn)型DRAM方面，雖然個(gè)人計(jì)算機(jī)市場(chǎng)需求下滑，但近年來(lái)云端運(yùn)算與云端數(shù)據(jù)儲(chǔ)存應(yīng)用的崛起，帶動(dòng)服務(wù)器設(shè)備需求逐年攀升，服務(wù)器DRAM也跟著穩(wěn)定成長(zhǎng)，成為標(biāo)準(zhǔn)型DDR4切入市場(chǎng)的契機(jī)。

　　以DRAM的基本結(jié)構(gòu)(一個(gè)電容和一個(gè)晶體管組合成一個(gè)記憶單元)來(lái)看，未來(lái)在速度與耗電量的改進(jìn)空間不大，產(chǎn)學(xué)界早已積極開(kāi)發(fā)類似的內(nèi)存架構(gòu)，例如Z-RAM、TTRAM等，DDR4會(huì)不會(huì)是末代DRAM標(biāo)準(zhǔn)，誰(shuí)也無(wú)法預(yù)測(cè)。

　　臺(tái)灣的DRAM產(chǎn)業(yè)曾經(jīng)是臺(tái)灣科技界指標(biāo)性產(chǎn)業(yè)，但經(jīng)過(guò)10多年的巨額投資，終究還是敵不過(guò)韓國(guó)與美國(guó)大廠，在下一個(gè)DRAM周期的春天來(lái)臨前就黯然退出主要競(jìng)賽行列。僥幸存活的少數(shù)廠商只能轉(zhuǎn)而幫其他大廠代工，或是改為生產(chǎn)不被大廠青睞、市場(chǎng)規(guī)模較小的產(chǎn)品。如今內(nèi)存整體市場(chǎng)已經(jīng)跟10年前大不相同。行動(dòng)裝置與物聯(lián)網(wǎng)所帶動(dòng)的市場(chǎng)需求，明顯地朝向更小、更省電的方向，而非一昧著重在速度跟效率上。若能好好掌握這股新的趨勢(shì)，未來(lái)臺(tái)灣廠商在內(nèi)存產(chǎn)業(yè)還是大有可為。