DDR4 内存所带来新变化

早在去年9月分，Intel 旗舰级CPU Haswell-E和X99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DDR、DDR2、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DDR3到DDR4，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DDR4，DDR4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DDR3与DDR4内存性能差异如何？今天我们就来探究一下这个问题。

DDR3与DDR4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）

增加“数据预存“取值是内存性能提升的主要手段，从DDR的2bit到DDR2的4bit再到DDR3的8bit。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GDDR5的Bank 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。以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2个8bit，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内存采用了TCSE温度补偿自刷新技术TCAR（temperature 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，DBI（Data 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。

2DDR3与DDR4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DDR3与DDR4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：

　　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 K与i7-6700K，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DDR3与DDR4内存：

（1）DDR3-1600与DDR4-2133

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与  金士顿 DDR4-2133 。

DDR3、DDR4基础频率及同频率PK

DDR3-1600内存的测试平台：

 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1600MHz的DDR3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：

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PK：DDR3-1600与DDR4-2133

AIDA64 Engineer 5.20.3400软件测试：

 
测试成绩对比

Sisoftware Sanda软件测试：

测试成绩对比

测试小结：首先指出，这是“不公平”的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-1600是24.9ns，而DDR4-2133是23.1ns，两者差距不明显。

　　通过这一组数据对比，主要看一看DDR3与DDR4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。

DDR3与DDR4对比性能测试总结：

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……