拔下一根电脑内存条,上面密布的芯片里藏着上百亿个微小电容,每一个都在以毫秒级的速度进行着充放电的舞蹈,维持着我们每一次点击和操作的即时响应。

“我滴个乖乖,这电脑又卡住了!” 相信不少朋友都遇到过这种情况,尤其是在同时打开多个程序或者浏览器标签页时。电脑变慢的背后,其实和一种叫做DRAM过程的技术息息相关。

DRAM就像是电脑的临时记忆小本本,负责记住你当前正在处理的所有任务和数据,它决定了你的设备能同时流畅运行多少程序。


01 DRAM的基本面貌

动态随机存取存储器,简称DRAM,是咱们电子设备里最常见的内存类型。无论是电脑、手机还是游戏主机,都离不开它。

DRAM的主要任务是给处理器提供临时存放数据的地方,让CPU能够快速访问所需信息,而不用每次都去慢吞吞的硬盘里翻找-7

这玩意儿咋工作的呢?其实原理说起来挺简单。DRAM的每个存储单元由一个晶体管和一个电容组成,这种结构被称为“1T1C”-1。电容就像一个小小的充电电池,有电的时候代表存储了“1”,没电的时候代表“0”。

电容有个小毛病——它会“漏电”。时间一长,电荷就跑光了,数据也就丢了。这就是为什么DRAM需要不断刷新的原因-7。这种刷新操作每64毫秒就要对整个内存进行一次,确保数据不会因为电容漏电而丢失-1

02 深入DRAM的工作过程

要搞清楚DRAM过程,咱们得先看看它的内部结构。DRAM里的存储单元排列成整齐的二维网格,就像围棋棋盘一样,有行有列。

当你需要读取某个数据时,内存控制器会先发送一个行地址,选中一整行的存储单元。这些数据会被读到行缓存里,然后再根据列地址找出你要的具体数据-1

这个读取过程有个专业术语叫“破坏性读出”,意思是在读取数据时,原来电容里的电荷会被清空,数据就没了。所以读完后还得把数据再写回去,这个过程叫做“预充电”-1

说实话,这一系列操作听起来复杂,但在电脑里是以纳秒级的速度完成的。这就是为什么咱们总觉得电脑反应“很快”,其实背后是DRAM在进行高速的数据搬运。

03 制造挑战与突破

DRAM的制造过程可不是件容易事,它可能是“地球上最复杂的人类活动”-10。制造一片DRAM芯片需要超过一千个独立的制程步骤,每一步都必须完美无缺。

最让人头疼的是物理限制。随着芯片越做越小,工程师们遇到了所谓的“衍射极限”问题,就像试图用4英寸的画笔写出10点大小的字一样困难-10。传统的193纳米波长光刻技术已经无法满足越来越小的电路图案需求。

美光的工程师们想出了聪明的办法。他们使用“多重图案化”技术,先把图案做“大”,然后通过一系列步骤把这些大特征变成小特征,相当于把一条粗线变成四条细线-10。这种创新让DRAM制造能够继续沿着摩尔定律前进。

04 技术前沿的突破

随着人工智能和大数据的兴起,对DRAM的需求越来越强烈。传统平面DRAM在尺寸缩小方面已经接近物理极限,工程师们开始向第三维度发展。

三星最近公布了突破性的10纳米以下DRAM技术,采用了创新的“Cell-on-Peri”结构,把存储单元堆叠在周边电路之上-2。他们还开发了一种新型高耐热材料,能承受高达550摄氏度的高温,解决了堆叠过程中的高温损伤问题。

铠侠公司则展示了八层堆叠的氧化物半导体通道晶体管技术,这项突破为高密度、低功耗3D DRAM的实际应用铺平了道路-5。与传统的单晶硅通道材料相比,氧化物半导体具有更低的关断电流特性,能显著降低刷新功耗-8

这些技术进步不仅能让未来的电子设备拥有更大内存,还能降低功耗,对智能手机和物联网设备特别重要。

05 选择与应用的智慧

选购电脑配件时,经常会遇到“带DRAM的SSD”和“无DRAM的SSD”之间的选择。说实话,这两种各有优劣。

带DRAM的SSD通常性能更强,因为DRAM可以作为高速缓存,存储SSD上数据的“地图”-6。当你需要访问某个文件时,SSD控制器能快速在DRAM中找到它的位置,不需要在慢得多的NAND闪存中。

但这种SSD也有缺点——更贵、更耗电。研究表明,主内存消耗的电量可能占计算机总系统电量的一半左右-6。而无DRAM的SSD则更便宜、更省电,适合对性能要求不高的日常使用-6

对于普通用户来说,如果你主要用电脑上网、办公,无DRAM的SSD完全够用。但如果你是游戏玩家、视频编辑者或从事专业设计工作,带DRAM的SSD会提供更流畅的体验。


06 网友问答角

网友“数码萌新”问: 经常听人说超频内存,这个DRAM刷新间隔设置到底是个啥?改大了真能提升性能吗?

哎呀,这个问题问得好!DRAM刷新间隔确实是个可以调整的参数。简单说,这个设置决定了内存多长时间刷新一次数据。默认情况下,DRAM每64毫秒就需要全面刷新一次-1

有些超频玩家会把刷新间隔调得很大(比如设成65535),这样内存用在刷新上的时间就减少了,有更多时间处理实际任务,所以性能测试分数会提高-9

但这里有个大问题——刷新间隔设得太长,电容里的电可能漏光了还没刷新,数据就损坏了,导致系统不稳定甚至崩溃-9

网友“硬件小白”问: 现在手机和电脑都在说LPDDR5、DDR5,这些和普通DRAM有什么区别?有必要追求最新一代吗?

哈,这确实是很多消费者的困惑!DDR5和LPDDR5都是DRAM的技术标准,但针对不同用途优化。DDR5主要用在台式机和笔记本上,追求的是高带宽和高性能;而LPDDR5是“低功耗双倍数据率内存”,专为手机、平板等移动设备设计,在保证性能的同时更注重省电-1

新一代内存确实有实实在在的提升。比如DDR5比DDR4有更高的数据速率和更低的电压,能效比也更好。但要不要追新,得看你的实际需求。

如果你用的是旧电脑,单纯加装DDR5内存不会有明显提升,因为还需要支持的主板和处理器。但如果你是新装机或买新手机,新一代内存能让你用得更久,未来几年都不会过时。

网友“科技观察者”问: 听说现在有3D DRAM技术了,这和传统的2D DRAM有什么根本区别?什么时候能普及?

你的消息很灵通啊!3D DRAM确实是内存技术的未来方向。传统DRAM是平面结构,所有存储单元都铺在一个平面上;而3D DRAM则是把存储单元一层层堆叠起来,就像盖高楼而不是平房-5

这种垂直堆叠的好处显而易见:在同样芯片面积上能放下更多存储单元,实现更高容量。而且,像铠侠开发的氧化物半导体通道晶体管技术,还能大幅降低刷新功耗-8

至于普及时间,业界估计3D DRAM可能需要几年时间才能大规模商用。目前三星、铠侠等公司已经展示了可行的技术方案-2-5,但要实现量产还需要解决成本、良率等实际问题。

一旦3D DRAM普及,咱们可能用上容量更大、功耗更低的电子设备,这对未来的智能手机、物联网和人工智能应用都意义重大。