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PC动态记忆体趋势预测
速度、容量、用电、价格

【作者: 朱善存】2004年01月05日 星期一

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自从Intel在Pentium时代(1995/96年)取得晶片组市场占有率与规格主导权后,连带也使得记忆体规格开始剧烈改​​变,包括从FPM RAM换成EDO RAM(Triton晶片组:82430FX,1995年),以及换成当初只用于工作站的SDRAM(1996年82430VX晶片组,1997年82430TX晶片组),然后自66MHz推升至100MHz,甚至是RDRAM等。


然而记忆体规格逐渐不是单一家独大的业者可以主导,包括Micron提出BEDO RAM、NEC提出VCRAM等也都无法成为主流,相对的VIA提出PC-133,一方面自己不是记忆体厂商,同时被众家记忆体大厂所共同承认,因而成为主流。而展望2004年PC用的记忆体会有何新发展呢?请看本文以下的探讨与推敲。


更快速度

Intel已经将CPU(Pentium 4)的外频(Front Side Bus;FSB)拉升至800MHz,并将逐渐汰去400MHz、533MHz的外频,这是在Intel放弃Rambus,重新拥抱DDR SDRAM后所全力冲刺的动作:拉升FSB时脉,这也使得记忆体有更大的时脉提升空间。


根据JEDEC组织于2003年11月的技术研讨会议中所表示,5年内(2004~2008)DDR SDRAM都会是PC记忆体的主流,并持续不断提升每个记忆体接脚的资料传输率。就美国记忆体大厂Micron(美光)的推估,2005年将可至700Mbps/pin(单一接脚,即1-bit资料),2007年更可至1Gbps/pin,同时更快的记忆体也会更名,预估2005年会称为DDR2,2007年则改称DDR3,但技术本质无太大变化。


除了CPU外频已做好因应更高速记忆体的准备外,另一驱动记忆体加速的3D绘图晶片(或称GPU),事实上从过去经验来看率先采用更高速记忆体的一直是绘图晶片而非CPU,例如Tseng(曾氏)ET6000使用MDRAM(Multi-Bank DRAM),或Cirrus Logic使用RDRAM(Rambus DRAM),甚至有一阵子还有以SDRAM衍生成的SGRAM(加速3D存取)。因此CPU与GPU所对应的记忆体仍有个别持续发展的可能,且GPU所用会更为快速,同样的Micron预估2004年将出现1.5Gbps/pin的GDDR3,以及2007年出现3Gbps/pin的GDDR4 ,速度都将比同时间的PC记忆体快速。


以配套技术加速记忆体

在提升记忆体本身外,也有其他配套技术让记忆体加速,例如Transmeta的Crusoe/Efficeon处理器,如(图一),或AMD的Athlon 64/Opteron,甚或Intel Centrino处理器,都采取内建记忆体控制器,降低过去透过北桥晶片的延迟,加速记忆体存取。另外AMD Athlon 64/Opteron处理器,以及Apple电脑所用的IBM PowerPC G5处理器,则强调加宽记忆体资料汇流排来加速,从现有64-bit提升至128-bit。不过无论是CPU内建记忆体控制器,或加宽记忆体资料宽度,都源自过去DEC Alpha晶片的观念与设计;如(图二)。



《图一 Transmeta Efficeon处理器》
《图一 Transmeta Efficeon处理器》

<Transmeta(全美达)最新处理器Efficeon与过往Crusoe(克鲁索)相同,都将记忆体控制器(北桥主电路)与CPU整合,Efficeon可支援DDR266/333/400的记忆体。资料来源:Transmeta网站>


《图二 AMD 64-bit(AMD64运算架构)处理器<注释: AMD推出64-bit(AMD64运算架构)处理器后,其标榜高阶桌上效能之用的Athlon 64 FX采用128-bit的内存宽度,但一般桌上型的Athlon 64或笔记本电脑用的Mobile Athlon 64都还是维持64-bit宽度。》
《图二 AMD 64-bit(AMD64运算架构)处理器<注释: AMD推出64-bit(AMD64运算架构)处理器后,其标榜高阶桌上效能之用的Athlon 64 FX采用128-bit的内存宽度,但一般桌上型的Athlon 64或笔记本电脑用的Mobile Athlon 64都还是维持64-bit宽度。》

资料来源:AMD网站>


由此来看,现有DDR333、DDR400之后,必然会有DDR466的出现,然而也或许可能发生与过去接近的事:(SDR SDRAM)PC-133之后接替的是DDR200(PC-1600),而非PC-150,原本认为Intel RDRAM或NEC VCRAM会接手,最后仍回到DDR SDRAM,由此可知:记忆体相当强调共通与交换,封闭优势、寡占规则向来不易成功,未来更高速的记忆体规格关键绝对在JEDEC组织,而非任何单一家业者,即便是重量级业者也不会,而JEDEC已经认证至DDR400,DDR2也于2003年9月通过,这些都奠定未来DDR/DDR2将持续是主流。


附注:过去记忆体六大厂为:Samsung(韩国三星)、Hynix(韩国现代)、Infineon(英飞凌)、Elpida(尔必达,原NEC恩益禧,更早称为日本电气)、Micron(美国美光)、Intel(美国英特尔),不过在Rambus式微后,Intel亦不算在记忆体厂商之列。


更大容量

更大容量的趋势来自一个推力(压力)与一个拉力(诱因),推力来自于快闪记忆体(Flash Memory)容量愈来愈高、愈来愈省电,挤压了DRAM记忆体在手持式装置、行动装置上的应用空间。至于拉力来自2003年两种64-bit PC分别适时发表:Apple Power Mac G5(6月)、AMD Athlon 64(9月),64-bit PC的一大主诉求即在于摆脱32-bit的记忆体定址空间:4GB,可至8GB甚至更多,这也将驱使记忆体的用量增大,特别是过去用Windows工作站,以及用于多媒体剪辑的高阶桌上电脑,都会是首波超越4GB需求的用户。除专业用工作站、专业个人电脑外,一般家用PC,商用PC应为逐步增加记忆体容量,自现有256MB/386MB往更高的512MB/768MB迈进。


3D绘图应用需求加大记忆体容量

另外记忆体容量的加大需要也来自前述的3D绘图应用,且不单是专业的绘图应用,反而更会是娱乐的3D绘图应用,目前一般桌上型3D娱乐绘图卡已至128MB/256MB,未来不排除往更高容量发展。此外新一代的电视游乐器(如第二代XBOX)也将刺激记忆体的用量与容量增加,这些都将间接刺激更高密度的记忆体晶片推出。


为实现更高容量的记忆体,一方面从更精密的制程下手,一方面从更娇小的封装下手,制程上预估将自0.18、0.13um、0.11um缩减到90nm(奈米),甚至是65nm,封装方式上也从现有TSOP、BGA改成更致密、更接近于原有裸晶尺寸的CSP(Chip Scale Package),如此才能在同样的模组(Module)上置入更多更高容量的记忆体晶片。


更加省电

随着桌上型PC出货衰退,笔记型PC销售超越桌上型,Microsoft发表T​​ablet PC(平板电脑)、Intel发表Centrino(迅驰)等,都象征着x86 PC往超薄行动路线发展,从源源不绝的插座取电,改成有限的电池供电,因此省电性成了记忆体的新要求重点。


除了运用更智慧化的控制电路外,直接运用更精细的制程来制造记忆体也有加速与省电效果,更精密制程与更省电也意味着要降低运作电压,今日的3.3​​V将依循其他更低电压的晶片(如CPU)发展路线而降低,将降至2.5V(DDR)或1.8V(DDR2),日后也可能至1.3V。


更多应用

既然桌上型PC不断衰退,但是IA却持续蓬勃发展,除了笔记型电脑外,平板电脑(Tablet PC,256MB以上)、智慧型显示器(Smart Display,64MB以上)都会是新的记忆体需求大宗。另外个人数位助理(PDA,2~64MB)、电视游乐器(MS-XBOX=64MB,SONY-PS2=32MB)、甚至是彩色雷射印表机(Color Laser Printer,64~96MB以上)、高解析度电视(HDTV)等,都将有更大的记忆体用量需求。


更为便宜

除了规格外,许多人更在意记忆体的价格,不过往未来看,记忆体长期而言只会持续降价,即便有涨也只是短波现象。当然需求大者自然价格下跌,SDR与DDR就是明显的例子,DDR成为主流,仍有SDR需求的必须忍受高价。


为何如此推断?事实上无论是硬碟、记忆体等已是资讯基础组件,以此为基础向上仍有许多更重要、更关键的发展,例如用硬碟组构成磁碟阵列(Disk Array),或者支援更多应用等。 2003年Intel就入资记忆体大厂Micron,原因无他:唇亡齿寒。如今的CPU不单要仰赖高速、高容量的快取记忆体(Cache),也要仰赖高速、高容量的记忆体才行,否则无法彻底发挥运算效能,Intel能够自主掌握CPU与内建于CPU之类的Cache,但却在放弃Rambus后无法亲自掌握DRAM记忆体,倘若记忆体涨价、短缺,也将影响CPU的销售,这即是持续看低记忆体价格走势的缘故,同样道理若硬碟涨价,则发展磁碟阵列设备方案的大厂如IBM、EMC、HDS、HP、Sun、LSI等业者也无法接受。


Rambus还有动作吗?
Intel放弃Rambus后RDRAM是否还有后续发展?答案是肯定的,但逐渐不受瞩目却也是事实。 RDRAM的记忆体模组RIMM为16-bit宽度,以800MHz、1066MHz时脉为主,可得1.6GB/Sec、2.1GB/Sec的传输率。 RDRAM也尝试增加宽度以拉升效率,例如RIMM3​​200(800MHz)、RIMM4200(1066MHz)都为32-bit宽,速度也加一倍,达3.2GB/Sec、4.2GB/Sec。
更新的发展是1200MHz、2.4GB/Sec,而SiS(矽统)也推出对应支援的晶片组:SiS R659、R658,R659可支援四个16-bit通道,搭配四条1200MHz RIMM可至总频宽9.6 GB/Sec,而R65​​8仅支援至800MHz~1066MHz,同样支援四条16-bit通道,或支援两条32-bit通道。而根据Rambus方面的表示:RDRAM未来可至1600MHz。
据知Rambus(纯IP公司,无厂房)与东芝(TOSHIBA)、尔必达(Elpida)合作,成功制出可至3.2GHz运作的XDR DRAM,未来也可能推升至6.4GHz。


《图三 Rambus新发展之高速内存:XDR DRAM之拓朴(Topology)图。》
《图三 Rambus新发展之高速内存:XDR DRAM之拓朴(Topology)图。》数据源:Mercury Research;2003/10
《图四 SiS(硅统)支持RDRAM的Pentium 4芯片组:SiS R659。》
《图四 SiS(硅统)支持RDRAM的Pentium 4芯片组:SiS R659。》数据源:Mercury Research;2003/10
x86 PC之外部记忆体宽度/内部暂存器宽度发展表 ??????????????????? 制表:朱善存
年份 处理器 记忆体宽度 暂存器宽度
1981 8088 8-bit 16-bit
1984 80286 16-bit 16-bit
1986 80386 32-bit 32-bit
1993 Pentium 64-bit 32-bit
2003 Athlon64 128-bit 64-bit

表二??? 记忆体规格与对应资料传输
规格称 传输率 (64-bit,一个DIMM)
SDR? PC66 66MHz? x1 528MB/Sec
SDR PC-100 100MHz x1 800MB/Sec
SDR PC-133 133MHz x1 1064MB/Sec
SDR PC-150 150MHz x1 1200MB/Sec
DDR200/PC-1600 100MHz x2 1600MB/Sec
DDR266/PC-2100 133MHz x2 2100MB/Sec
DDR333/PC-2700 166MHz x2 2700MB/Sec
DDR400/PC-3200 200MHz x2 3200MB/Sec
DDR466/PC-3278 233MHz x2 3728MB/Sec
DDR533/PC-4300 266MHz x2 4300MB/Sec

记忆体模组的发展 ?????????????????? 制表:朱善存
模组 宽度 记忆体类型 适用之CUP世代
DIPChip 1-bit DRAM 8088/80286/80386
SIMM 30pin??? 8-bit DRAM 80286/80386/80486
DIMM 72pin? 32-bit DRAM/EDO 80486/Pentium
DIMM 168pin 64-bit EDO/SDRAM PentiumIII
DIMM 184pin 64-bit DDR SDRAM Pentium 4~今
DIMM 232pin 64-bit DDR2 SDRAM 即将到临
RIMM 184pin 16-bit RDRAM Pentium 4
RIMM 232pin 32-bit RDRAM Pentium 4
SO-DIMM 144pin 64-bit EDO/SDRAM PentiumIII
SO-DIMM 200pin 64-bit DDR SDRAM Pentium 4~今

记忆体类型与支援运作时脉??????????? 制表:朱善存
类型 电压 时脉
FPM 5V 16MHz/20MHz/25MHz/33MHz/40MHz/50MHz
EDO 5V/3.3V 50MHz/66MHz/75MHz/83MHz
SDR SDRAM? 3.3V 66133MHz150MHz超频)
DDR SDRAM 2.5V 100MHz x2~今
DDR2 SDRAM 1.8V??????? 即将到临
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