电脑卡顿、程序闪退时,那个靠着微小电容和晶体管日夜运作的DRAM,正用它短暂的记忆支撑着整个数字世界的运转。
现代计算机的心脏不仅是CPU,还包括那个容量巨大但“记性不好”的DRAM——动态随机存取存储器。你手机里的运行内存、电脑上的内存条,它们的核心都是DRAM技术-2。
没有它,我们的数字生活将陷入停滞:游戏无法加载,网页打不开,甚至连操作系统都启动不了。但许多人不知道的是,这个支撑现代计算的核心技术,其基本工作原理竟然如此简单而脆弱。

DRAM,全称动态随机存取存储器,是一种利用电容存储电荷来表示数据的半导体存储器-2。
简单说,DRAM用微小的电容来存放二进制数据——电容里有电荷代表“1”,没电荷代表“0”。每个存储单元只需要一个晶体管和一个电容,这种结构被称为1T1C-1。
当你打开DRAM百科查阅基础知识时,你会发现这种结构简单得惊人,但正是这种简单性使得DRAM能够以低成本实现大容量存储。
电容很小,物理限制决定了它存不住太多电荷,而且电荷会慢慢漏掉。这导致DRAM有个麻烦特性:它需要定期“刷新”数据,否则信息就会丢失-3。
刷新意味着给那些代表“1”的电容重新充电,把那些可能模糊了的数据重新明确化。这个过程周期性地进行,通常每64毫秒就要对整个存储器刷新一遍-7。
想理解DRAM怎么工作,可以想象一个巨大的网格状仓库。这个仓库有成千上万个格子(存储单元),每个格子都能放一个比特的数据(0或1)-1。
当你需要读取数据时,DRAM控制器会发送一个地址,这个地址包含行地址和列地址。首先,行地址被解析,整行的数据都被读取到行缓存中-1。
然后列地址从行缓存中选择具体需要的数据块。整个过程就像是你在一个大型图书馆里找书:先找到正确的书架(行),再找到那本书在书架上的具体位置(列)。
读取数据时,DRAM会面临一个有趣的问题:破坏性读出。当你读取电容的状态时,电荷会被释放,这意味着读取操作本身就会破坏存储的数据-7。
为了解决这个问题,DRAM会在读取数据后立即重写一遍,这就是“读后再生”的过程。可以说,DRAM每次被访问都得“重新记一遍”刚才的内容。
DRAM中的“动态”二字,恰如其分地描述了这种存储器的本质特性。它不是静态稳定地保持数据,而是需要持续不断的维护-3。
这与它的兄弟SRAM形成鲜明对比。SRAM(静态随机存取存储器)使用六个晶体管组成的锁存器来存储数据,不需要刷新,只要不断电就能保持记忆-3。
但SRAM的结构复杂,占用空间大,成本高,所以通常只用在CPU内部作为高速缓存。而DRAM结构简单,密度高,成本低,适合做大容量主内存-3。
在DRAM百科的相关条目中,你可以找到DRAM和SRAM的详细对比表,了解它们各自的应用场景和取舍。
电荷泄漏是DRAM必须面对的现实问题。即使不进行任何读取操作,电容中的电荷也会自然流失-8。这就像是一个不断漏水的桶,需要定期加水才能保持水位。
如今,DRAM已经发展出针对不同应用场景的多个分支,主要有三大类:标准DDR、LPDDR和GDDR-5。
DDR是我们电脑内存条上常用的类型,已经发展到了第五代。DDR5的传输速率可达6400MT/s,比早期的DDR1快了约16倍-5。
有趣的是,DDR内存通过在时钟信号的上升沿和下降沿都传输数据,实现了双倍数据传输速率,这正是它名字中“双倍数据速率”的由来-5。
LPDDR是为移动设备设计的低功耗版本。你手机里的运行内存很可能就是LPDDR5或LPDDR5X-9。
这类内存在保持性能的同时,大幅降低了功耗,LPDDR5X在实际使用中可比前代功耗降低20-30%-5。
GDDR则是专为显卡设计的显存,特点是高带宽。最新的GDDR7带宽高达1.5TB/s,比GDDR6提高了40%-5。
一块现代的DRAM芯片内部结构远比简单排列存储单元复杂。从最小到最大,DRAM的组织结构分为:存储单元、阵列、bank(存储体)、芯片、rank(秩)、DIMM(双列直插内存模块)和通道-1。
多个存储单元组成阵列,多个阵列组成bank,多个bank组成芯片。通常,一个芯片会有多个bank,这样可以并行处理不同bank的请求,提高效率-1。
在物理内存条上,你会看到多块芯片。这些芯片可以组织成rank的形式,一个rank内的所有芯片同时工作,提供更大的数据位宽-1。
例如,8个8位位宽的芯片组成一个rank,就能提供64位位宽,这正是我们常说的“内存条位宽”。
多个rank可以安装在一个DIMM(即我们常说的内存条)上,而多个DIMM可以通过不同通道与CPU连接,这就是双通道、四通道内存的由来-1。
DRAM技术仍在不断发展。三星已经开始早期开发DDR6内存,预计传输速度可达12800Mbps,是DDR5的两倍-5。
在移动设备领域,LPDDR5X通过采用HKMG(高K金属栅)工艺,进一步降低了功耗-5。这项技术用一层薄薄的高K薄膜替代了传统的栅氧化层,减少了电流泄漏。
对于显卡而言,GDDR7将采用PAM3信号调制技术,每引脚速度达到32Gbps,比GDDR6高出33%-5。
当你下次感觉手机或电脑反应慢时,可能正是DRAM在后台默默进行刷新操作,或者在不同bank之间切换。这个看似简单的技术,实际上在平衡速度、容量、成本和功耗方面做到了极致。
这是个特别实际的问题!简单说,选择DRAM还是SRAM主要看你的需求是容量优先还是速度优先。
SRAM用六个晶体管存储一位数据,不需要刷新,访问速度极快,但成本高、密度低-3。所以它通常用在CPU内部作为高速缓存,或者在对速度要求极高的特殊应用中。
DRAM结构简单,一个晶体管加一个电容就能存一位数据,成本低、密度高,但需要定期刷新,速度相对较慢-2-3。这使得它非常适合作为计算机的主内存,我们常说的8GB、16GB内存就是指DRAM的容量。
你可以这样理解:SRAM像是你手边随时取用的小工具盒,放最常用的几样工具;DRAM则是你整个工作台,面积大,能摆开更多东西,但找起来可能得多花一两秒。
在嵌入式系统或特定硬件设计中,如果数据量不大但对速度要求极高,可以考虑使用SRAM;如果需要大容量存储且可以接受微秒级的访问时间,DRAM是更经济的选择。
现代计算机通常两者都用:CPU内部用SRAM做高速缓存,外部用DRAM做主内存,这样兼顾了速度和容量-3。
区别还真不小,但值不值得升级得看你的具体使用场景。咱们先看看技术上的差异:
DDR5的标准工作电压从DDR4的1.2V降到了1.1V,功耗降低了-9。数据传输速率方面,DDR5起步就是3200MT/s,最高可达6400MT/s,而DDR4通常在2133到3200MT/s之间-9。
结构上,DDR5引入了“双通道”设计,每个内存模块内部实际上分为两个独立的32位通道,这提高了并发访问的效率-9。DDR5还将电源管理芯片(PMIC)集成到了内存条上,供电更稳定。
但对于普通用户来说,实际体验的提升可能没有参数显示的那么大。日常办公、网页浏览几乎感觉不到区别;玩游戏时,帧率可能会有小幅提升;只有在视频编辑、大型编译等内存密集型任务中,你才能明显感受到DDR5的优势。
如果你是新装机,直接选DDR5是面向未来的选择;如果是从DDR4平台升级,要考虑主板和CPU是否支持,整套换下来成本不低。对于大多数现有DDR4用户,除非经常进行专业级内存密集型工作,否则不必急于升级。
肯定不能通用,它们虽然都是DRAM,但设计目标完全不同,就像轿车和卡车都是车,但不能互换使用一样。
电脑用的DDR追求的是高性能和高容量,功耗相对是次要考虑。而手机用的LPDDR(低功耗DDR)把功耗放在首位,因为手机电池有限-9。
物理规格上,LPDDR内存通常直接焊接在主板上,而电脑DDR内存是以可插拔的内存条形式存在。LPDDR的封装更小,适合移动设备紧凑的空间布局。
技术参数也有差异:LPDDR5X的工作电压可以低至0.6V,而DDR5是1.1V-9。低电压意味着更少的能耗,但也会限制频率提升的空间。
它们的信号接口和时序参数也不同,需要不同的内存控制器来管理。你电脑的CPU内存控制器根本不认识LPDDR的信号格式,反过来也一样。
不过有趣的是,一些超薄笔记本电脑现在也开始使用LPDDR内存,就是为了更好的能效和更紧凑的设计-5。但普通台式机和大多数笔记本还是会继续使用可更换的DDR内存条,因为这样升级更方便。