深圳华强北的存储商户看着一天几个价的DRAM行情摇头,而你的电脑却因内存碎片化而卡顿不堪,这两个画面看似无关,实则指向同一核心——DRAM管理正成为数字时代效率的关键。


01 市场热潮与个人困境

近期存储行业可谓风起云涌,“一天一个价,甚至一天几个价”,深圳华强北的存储商户这样描述市场行情-3。AI驱动的存储超级周期已经到来,行业全面进入加速上行阶段。

三星电子、SK海力士、美光三大存储芯片巨头各显神通。三星计划将用于HBM3E生产的产能下调30%-40%,转而投入通用DRAM生产-3;SK海力士则计划将最先进的1c DRAM月产能提升8至9倍-3

与火热的DRAM市场形成鲜明对比的,是许多人电脑中日益严重的DRAM碎片化问题。电脑用久了越来越慢,明明内存没占满,程序却卡顿不已——这种体验想必不少人都有过。

02 DRAM碎片化的隐秘代价

存储器使用过程中,随着数据的不断分配和解除分配,会产生所谓的“存储器空洞”-1。这些空洞是被已分配的存储器物理地址包围的未分配区域。

当这些空洞散布在已分配的内存区域之间时,就形成了内存碎片。第一存储器地址和第二存储器地址被认为是存储器“碎片”,因为它们各自是被未分配存储器区域包围的已分配存储器区域-1

碎片化带来的问题不止是性能下降。在DRAM中,部分式阵列自刷新技术可以应用于未分配的存储器区域-1。当整个DRAM芯片未被完全分配时,PASR技术可以将未使用的部分降电,从而节省设备的功耗。

但如果内存严重碎片化,即使有大量未使用的内存空间,这些空间也可能分散在各处,无法形成完整的未分配块,导致省电技术无法充分发挥作用

03 传统整理与智能革新

传统的DRAM碎片整理方法通常需要处理器介入,将数据从碎片区域复制到空洞区域,这个过程消耗大量处理器资源和能源。

现在有一种更智能的解决方案——基于高速缓存的碎片整理技术

这项技术的工作方式颇为巧妙:它会把存储在DRAM第一物理存储器地址处的数据先加载到高速缓存行中,然后修改与高速缓存行相关的信息,使其对应到DRAM的第二物理存储器地址,最后作为高速缓存操作的一部分将数据写回新的位置-1

这个过程最大的优势是高效省电。碎片整理电路可以集成到最末级高速缓存中,使内存碎片整理发生在高速缓存存储器管理的过程中-1。处理器可以在高速缓存执行碎片整理的同时,继续执行其他任务,大大提升了效率。

04 技术原理与实现路径

这种基于高速缓存的碎片整理操作具体是如何实现的呢?系统通常包括多级高速缓存,如L1、L2和L3缓存-1

碎片整理电路可以被集成到最末级高速缓存中,也就是最接近主存储器的那一级缓存-1。当CPU发送碎片整理请求后,碎片整理电路就会开始工作。

它会将数据从物理存储器的“源地址”移动到“目的地地址”,这个移动过程可能涉及改变页号,但不改变数据在页内的偏移量-1。这种设计减少了数据搬移的开销,使整理过程更加高效。

05 行业动态与未来趋势

随着AI应用从学习扩展到推理领域,通用DRAM的需求增速预计将与HBM相当-3。在AI推理应用中,比HBM更节能、更经济的先进通用DRAM成为主流选择。

行业巨头们已经洞察到这一趋势。三星电子最近进行了组织架构调整,新设立了“存储器半导体开发事业部”,将DRAM开发团队和HBM开发团队整合在一起-7

这一举措旨在通过整合组织运营,提升HBM、DRAM和NAND闪存的存储半导体解决方案和封装能力-7

与此同时,美光科技采取了更为激进的策略,甚至终止了移动NAND产品开发,砍掉消费类业务品牌Crucial,将产能重新分配到毛利润率更高的企业级DRAM产品-3

06 实际应用与性能提升

对于普通用户来说,DRAM整理技术能带来什么实际好处呢?以游戏场景为例,DRAM作为计算机的“工作”存储器,临时存储运行软件所需数据-4

如果DRAM过载,系统就会依赖虚拟内存,将数据暂时转移到SSD或硬盘中,当CPU需要这些数据时,又必须重新加载到DRAM中-4。这种来回交换会显著降低运行速度。

通过有效的DRAM整理和优化,操作系统可以将空闲内存作为数据缓存,保存先前读取的数据副本,使程序加载更迅速-4。一些测试显示,更多且优化良好的DRAM对游戏帧率也有适当改善。

根据三星的内部测试结果,与搭配4GB DRAM的SSD相比,结合了16GB RAM的SSD能提供1.5倍的帧率性能-4


DRAM市场在AI浪潮下价格飙升,华强北商户面对一日数变的内存条价格摇头不已,而你的电脑深处,碎片整理技术正默默重排数据碎片,将分散的空洞区域合并。当三星将HBM产能转向通用DRAM,当美光砍掉消费品牌专注企业级市场,存储行业的结构性变革正从数据中心悄然延伸至个人电脑的每一个内存插槽