电脑卡顿时,你猛戳的刷新键,背后是一场发生在纳米尺度上、关乎电荷存亡的紧急救援。而今天,这场救援行动正升级为一场彻底的计算革命。
内存带宽的增长速度,已经远远跟不上处理器性能的飙升,形成了一道难以逾越的“内存墙”-6。昂贵的AI训练芯片常常闲置,不是因为算力不足,而是在等待数据从内存中慢悠悠地“走”过来-6。

与此同时,从手机上的智能助手到数据中心的巨量推理,每一个AI交互的背后,都是海量的矩阵向量乘法(GeMV)操作,它们极度渴求更快的内存存取-2-10。

要理解今天的DRAM加速有多迫切,得先看看它一路是怎么跑过来的。DRAM的进化史,本质是一场围绕“预取”和“信号”的马拉松。
早期SDRAM一次只能处理一组数据(1n预取),而到了DDR5,凭借16n的预取并行度,一次就能搬运16组数据,吞吐量今非昔比-1。
这种进步不只是简单放大。工程师们为了信号能跑得更稳、更准,从DDR1开始就煞费苦心:他们加入了数据选通信号、终结电压,来对抗信号反射-1。
发展到DDR4,更是引入了更精细的参考电压调整,像微调乐器一样校准每一条数据通道-1。当通用计算撞上AI大潮,这条按部就班的升级路径遇到了天花板。
AI计算,特别是大语言模型的推理,本质是海量、连续的低精度矩阵运算-10。传统架构下,数据需要在处理器和内存之间来回搬运,产生了巨大的延迟和能耗。
计算性能大约每两年增长三倍,但内存带宽的增长仅为1.6倍,差距越拉越大-6。这道“内存墙”不破,AI的进一步发展就会被死死卡住脖子。
面对高墙,行业没有坐以待毙,而是从不同方向发起了冲击。目前看来,至少有三种思路迥异但都极具潜力的 DRAM加速 方案正在开辟道路。
路径一:让内存自己动手算 —— MVDRAM
最颠覆性的思路是让DRAM“不务正业”,干起计算的活。这就是“内存内计算”。MVDRAM系统是这方面的实用化突破。
它无需修改现有的DDR4内存硬件,而是通过巧妙编排处理器指令,利用DRAM底层模拟特性来直接执行矩阵乘法-2。
它能将低比特AI模型中的关键计算速度提升最高7.29倍,能效提升超过30倍-2。这意味着你手机里的普通内存条,未来可能直接变身为一个AI协处理器。
路径二:向立体要空间 —— 3D DRAM
如果平面扩展遇到物理极限,那就向上建高楼。3D DRAM正是将存储单元垂直堆叠起来,在同样芯片面积内塞进更多容量-6-8。
这不仅仅是增加仓库面积,更是缩短了搬运路径。初创公司D-Matrix在其下一代芯片架构中集成3D DRAM,目标是实现10倍的内存带宽提升和10倍的能效改进-6。
更有意思的是,3D DRAM的制造对尖端光刻设备的依赖较低,这为全球半导体产业格局带来了新的变数-8。
路径三:把马路拓宽 —— MRDIMM
如果说前两种是“改造交通工具”和“修建立体交通”,那么MRDIMM(多路复用双列直插内存模块)的思路则是直接把现有的道路升级成双层高速路。
英特尔推出的这项技术,在内存条上加入一个小型多路复用器芯片,让数据可以同时通过两个内存阵列传输,从而实现带宽翻倍-5。
它的妙处在于即插即用,无需更改主板。搭配至强6处理器,能在一些科学计算和AI工作负载中,带来显著的系统性能提升-5。
不同的DRAM加速路线,对应着不同的战场和玩家,AI内存市场已然形成一个多元竞争的格局。
在数据中心训练领域,HBM凭借堆叠芯片带来的超宽总线,是无可争议的王者,但它的高昂成本和功耗也将其局限在顶级市场-7。
而在追求功耗与成本平衡的移动端和边缘侧,LPDDR凭借其出色的能效比,成为智能手机和许多消费级AI设备的首选,甚至开始向汽车和部分数据中心推理场景渗透-7。
至于最通用的DDR,它依然是服务器CPU和许多本地计算设备可靠且成本效益高的基石。MRDIMM等技术正在为DDR注入新的活力-5-7。
未来的趋势很可能是混合搭配。分析师指出,可能会出现“HBM4与LPDDR6组合”的方案,用HBM满足核心计算对带宽的极致需求,用LPDDR来经济地扩充容量-7。
DRAM加速的竞赛,既是技术的毫米之争,也是产业格局的深远博弈。技术层面上,制造工艺正向个位数纳米节点进军。
行业报告预测,到2027年底,DRAM将迈入D0a等个位数纳米时代-4。更小的制程意味着更高的密度和潜在的能效提升,但物理挑战也空前巨大。
3D DRAM所依赖的4F²垂直结构、晶圆键合等高难度工艺,将成为新的竞争焦点-8。另一方面,地缘政治因素也为市场增添了不确定性。
由于HBM等先进内存技术受到贸易限制,中国科技公司正在LPDDR和3D DRAM等技术路径上积极寻求突破,这有可能重塑全球存储供应链的版图-7-8。
当数据中心里的HBM堆栈与手机里的LPDDR芯片同时为一次AI请求而忙碌,当普通的DDR内存条开始执行本属于处理器的计算任务,内存早已不再是那个被动的数据仓库。
通过内存内计算、立体堆叠和协议创新,DRAM正从性能的跟随者转变为革命的引领者。这场发生在电荷层面的微小加速,终将汇聚成推动智能时代滚滚向前的巨大浪潮。