电脑城老板一边拆着旧内存条,一边指着上面密密麻麻的黑方块说:“现在晓得了吧,DRAM就是这些会‘忘记’的小东西,内存条是它住的房子。”

一个老乡看到我拆开电脑清理灰尘,指着内存条上那些黑色小块块说:“哟,你这内存条上的小方块是干啥的?跟巧克力似的。”我被他逗笑了,跟他解释了半天这些“小方块”和内存条的关系。

这让我想起很多人可能都有类似的困惑,今天咱们就来掰扯掰扯这个看似简单却常被误解的问题。


01 技术根源:电容里的0和1

DRAM,这玩意儿全名叫动态随机存取存储器,听起来高大上,其实原理不复杂。它最基本的结构就是一个晶体管加一个电容-2

你可以把电容想象成一个小小的电荷仓库,有电就是“1”,没电就是“0”。那晶体管呢?它就是个看门大爷,控制着电荷的进出。

这些基本单元以二维行列结构组织起来,构成了DRAM的存储矩阵-2。当CPU需要读写数据时,首先要提供行地址,选中一行数据,然后通过读放大器把整行数据读到行缓存里,最后根据列地址找到具体要操作的数据-2

DRAM之所以叫“动态”,是因为它得不停地刷新。电容里的电荷会慢慢泄漏,所以需要定期重新写入,不然数据就丢了-1

02 物理形态:内存条其实是个“小区”

咱们现在回到那个问题:DRAM是内存条吗? 这个说法不准确!严格来说,DRAM是一种存储技术,而内存条是装有DRAM芯片的物理模块。

那些内存条上整齐排列的“小方块”,才是真正实现DRAM技术的芯片。它们被焊在一块绿色的PCB板上,再加上金手指、散热片等,就组成了我们看到的内存条-9

一块内存条上往往不止一个DRAM芯片,有时正反两面都有。这些芯片可以组成一个或多个“秩”(Rank),共享地址线和控制线,共同提供更大的数据位宽-2

一个典型的DIMM内存条可能有两个秩,每面8个芯片,通过总线与CPU连接-2。随着技术进步,内存条的形态也在不断变化,从早期的30线SIMM,发展到后来的72线SIMM,再到现在的DIMM-6

03 技术演进:不同类型的DRAM

DRAM技术发展出了不同的规格,适用于不同的场景。最常见的就是DDR内存,现在已经发展到DDR5了-5

DDR SDRAM是最原始的同步DRAM,而DDR1则在每个时钟周期的上升沿和下降沿都传输数据,速度翻倍-5。历代DDR内存的性能参数差异还挺大的。

比如DDR1的标准工作电压是2.5V,而到了DDR5,工作电压降到了1.1V,功耗大大降低-5。对于移动设备,还有专门的低功耗版本LPDDR。

这类内存在工作电压和功耗方面做了专门优化,像LPDDR4X的工作电压低至0.6V,特别省电-5。至于显卡用的显存,则是另一类叫做GDDR的DRAM。

这类内存专门为高带宽图形处理设计,有些还采用3D堆叠结构,也就是咱们常听到的HBM技术,特别适合AI训练等需要大容量数据并行处理的应用-5

04 行业挑战:存储墙与3D革命

随着AI技术迅猛发展,大模型参数规模指数级增长,传统DRAM遇到了“存储墙”瓶颈。简单说,就是处理器的计算速度增长太快,内存的存取速度跟不上了-4

有研究表明,在一些大规模的AI训练任务中,由于内存墙的存在,处理器的实际利用率可能只有理论峰值的20%到30%,这是对计算资源的巨大浪费-4

为了突破这个瓶颈,业界开始探索3D堆叠技术。HBM就是最典型的例子,通过硅通孔技术将多个DRAM芯片垂直堆叠,大幅提升了带宽-4。HBM能实现每秒1.2TB的数据传输速度,是传统DRAM的数倍甚至数十倍,有效缓解了内存带宽的压力-4

但这技术制造过程复杂,成本也高,限制了它的大规模应用-4。未来,3D DRAM技术可能会成为主流。

业界正在研发采用垂直栅极结构的4F2 VG DRAM,有望将单元面积缩小30%,实现更高的集成度、更快的速度和更低的功耗-8。有预测认为,到2030年,3D DRAM市场规模可能增长到1000亿美元-8

05 选购要点:不只是看容量

选购内存条时,大多数人只看容量,其实还有很多指标值得关注。内存速度一般用存取周期来表示,单位是纳秒,时间越短速度越快-9

频率也是一个重要指标,像DDR5的数据传输速率可达3200到6400MT/s-5。不过,频率并不是越高越好,还得考虑与主板的兼容性。

CAS延迟时间(CL值)也是个关键参数,它表示准确定位到指定数据的时间,时间越短,读取数据越快-9。有时候,低延迟比高频率对性能的影响更大。

品牌和做工也不能忽视。大品牌的内存质量相对稳定,售后服务也较好-9。看做工可以注意PCB板是否干净整洁,金手指有没有擦痕或污渍-9


现在回答网友提问:

网友“数码小白”问:手机里说的内存和电脑内存是同样的DRAM吗?

手机内存和电脑内存确实都使用DRAM技术,但它们的具体规格不同。电脑内存常用的是DDR规格,而手机等移动设备则使用LPDDR,即低功耗双倍数据速率内存-5。LPDDR针对移动设备的特性进行了优化:工作电压更低(如LPDDR5为1.05V,LPDDR4X仅为0.6V),功耗控制更精细,体积也更小-5

制造商通常会在芯片型号中体现这些特性。你可以发现手机内存芯片型号中会有特殊标识-5。这些低功耗设计让手机在保持性能的同时,续航时间更长。

网友“硬件新手”问:为什么我买的是16GB内存,系统里显示只有15GB可用?

这种情况很正常。你的内存确实有16GB,但一部分被系统硬件占用了。集成显卡会共享一部分内存作为显存,操作系统和主板固件也会占用少量内存空间-6

内存制造商和操作系统计算容量时使用的进制不同:制造商用十进制(1GB=10^9字节),而操作系统用二进制(1GiB=2^30字节),这会造成约7.37%的“损失”-6。所以16GB内存显示约14.9GiB是完全正常的。

网友“科技爱好者”问:未来DRAM会被其他存储技术取代吗?

短期来看,DRAM仍将是主流内存技术,但它正面临重大变革。传统DRAM正受到“存储墙”的限制,业界正在探索两条主要路径:一是HBM这样的3D堆叠DRAM,二是铁电RAM等新型存储技术-4

3D堆叠技术如HBM通过垂直堆叠多个DRAM芯片,大幅提升带宽,特别适合AI和高性能计算-4。而像3D铁电RAM这样的新技术,则试图在保持DRAM高速读写特性的同时,实现非易失性存储,降低功耗-4

未来可能出现多种存储技术并存的局面,不同应用场景会选择最适合的技术。传统DRAM、HBM和新型存储器将各自找到自己的市场定位,而不是简单的替代关系-8