手机卡顿、电脑死机,可能都跟这个叫DRAM的小东西脱不了干系。它可不止是“内存”那么简单,背后藏着你不知道的门道。

“动态随机存取存储器”——这几个字读起来拗口,但它的英文缩写DRAM,却在我们的电子设备中扮演着至关重要的角色-1。要是用通俗的话来讲,DRAM就是电子设备的“短期工作记忆区”

如果说硬盘是个大仓库,那么DRAM就像是工作台上的临时置物架,CPU需要处理的数据和指令,都会先放在这个架子上,随用随取。


01 DRAM的基本功

DRAM这个名称里,“动态”二字道出了它的核心特性。不同于静态存储器SRAM能长久保持数据,DRAM存储数据的方式有点像用漏水的桶装水

它利用电容储存电荷来表示数据(有电荷代表1,无电荷代表0),但由于电容会自然漏电,所以必须每隔几毫秒就“刷新”一次,重新充电,否则数据就会丢失-7

别以为它只是电脑里的一根内存条那么简单。DRAM内存凭借其成本相对较低、存储密度高的特点,已经成为各类电子系统中内存的代名词-4

从我们口袋里的智能手机,到办公室的笔记本电脑,再到数据中心里嗡嗡作响的服务器,它们的流畅运行都离不开DRAM的支持。

02 鲜为人知的DRAM江湖

这个行业的故事,远比技术本身更加精彩。全球DRAM市场是一个典型的寡头垄断格局,三星、SK海力士和美光这三巨头,常年把控着超过90%的市场份额-5

这可不是自由竞争的结果,而是经历了几十年血雨腥风的行业洗牌后,幸存者寥寥无几的局面。

为什么新玩家难以进入?因为门槛高得吓人。建一座先进的DRAM晶圆厂,动辄需要150亿到200亿美元的起步投资,这还不包括每年数十亿美元的研发费用-5

除了烧钱,技术难度也极大。DRAM制造工艺已经演进至10纳米级别,逼近物理极限,良率爬升的过程被业内称为“死亡之谷-5

03 DRAM的变装秀

你可能不知道,DRAM会根据不同的应用场景“变身”成不同的模样。在个人电脑和数据中心,最常见的要数DDR内存,它已经发展到第五代DDR5-4

而在手机等移动设备中,为了省电,采用的是LPDDR(低功耗双倍数据速率)内存-4。至于游戏玩家关心的显卡性能,则与GDDR(图形双倍数据速率)内存密切相关-8

这些变体虽然都基于DRAM的基本原理,但在设计重点上各有侧重:DDR追求低延迟,确保CPU快速响应;GDDR则优先考虑高带宽,满足GPU海量数据吞吐的需求-8

04 国产DRAM的曙光

在这个被国际巨头垄断的领域,中国力量正在悄然崛起。长鑫存储作为中国大陆唯一真正实现大规模量产的DRAM制造商,正在打破国产DRAM的空白-5

在缺乏先进设备(如EUV光刻机)的极端条件下,长鑫通过工程工艺创新实现技术追赶,其发展速度被业界视为罕见的成长奇迹-5

随着人工智能、大数据等新兴技术的发展,全球DRAM市场需求持续增长。据市场调查机构数据,2023年第三季度全球DRAM产业规模达134.8亿美元,环比增长18.0%-4。这为国产DRAM提供了宝贵的市场窗口期。

05 DRAM的未来画卷

随着技术进步,DRAM的形态和功能也在不断演变。高带宽内存(HBM)通过将多个DRAM芯片垂直堆叠,显著提高了内存带宽,特别适合AI加速器等高计算需求场景-8

另一个重要趋势是统一内存架构的发展。这项技术允许CPU和GPU共享同一内存空间,避免了数据在两者之间来回拷贝的瓶颈,特别适合人工智能和机器学习应用-8

可以预见,随着算力需求的爆炸式增长,DRAM将继续在性能、容量和能效三个维度上推进创新,支撑起从边缘计算到云端智能的整个数字世界。


DRAM的世界仍在快速变化。当手机内存迈入20GB时代,当DDR5成为主流标配,未来电子产品性能的每一次飞跃,都离不开这片小小芯片的支撑-4

这片看似冰冷的硅晶世界里,正涌动着全球科技竞争最激烈的暗流。从个人设备到国家新基建,DRAM的中文含义“动态随机存取存储器”背后,承载的早已不仅是简单的数据存储功能。

网友问题与回答

网友“科技小白”提问:我经常听到DDR4、DDR5这些词,它们和DRAM是什么关系?对我日常使用电脑有什么实际影响?

嘿,朋友,这个问题问得好!DDR4、DDR5实际上都是DRAM的具体实现技术。你可以把DRAM想象成一个大家族,而DDR是这个家族中特别重要的一支-4

“DDR”代表“双倍数据速率”,意思是它能在时钟信号的上升沿和下降沿都传输数据,速度比老式内存快了一倍-1

从DDR4升级到DDR5,最直观的感受可能就是电脑运行更流畅了,尤其是当你同时打开多个程序或玩大型游戏时。DDR5比DDR4有更高的频率和带宽,目前DDR5的速率可达4800 MT/s以上,有些高端产品甚至超过8400 MT/s-8

这意味着你的CPU能更快地从内存中获取数据,减少等待时间。不过要注意,要发挥DDR5的全部性能,需要CPU和主板的支持,不是随便买个DDR5内存条插上就完事了。

网友“电子工程学生”提问:我在学习计算机组成原理,老师提到DRAM需要“刷新”,为什么SRAM不需要?这个刷新过程是怎么实现的?

同学,你触及了DRAM最核心的特性!DRAM需要刷新的根本原因在于它的存储单元结构。DRAM每个存储单元由一个晶体管和一个电容组成,数据以电荷形式存储在电容中-7

问题是电容会自然漏电,通常电荷只能维持几毫秒到几十毫秒,所以必须定期刷新(重新充电)才能保持数据-7

相比之下,SRAM的存储单元由4-6个晶体管组成双稳态电路,只要通电就能保持状态,不需要刷新-7。这就是为什么SRAM更快、更简单,但也更贵、更占空间。

刷新过程通常由内存控制器管理,它会定期遍历所有存储行,读取数据并重新写入,这个过程对系统来说是透明的-7虽然刷新会占用少量内存带宽,但通过巧妙调度,这种影响可以最小化。

网友“硬件爱好者”提问:现在AI这么火,听说对DRAM的需求很大,这对普通消费者意味着什么?未来内存技术会怎么发展?

老铁,你看问题很准啊!AI的兴起确实在重塑DRAM市场。训练大型AI模型需要海量数据在内存和处理器之间高速传输,这对内存带宽提出了极高要求。

为应对这一挑战,业界已经发展出高带宽内存(HBM)技术,通过将多个DRAM芯片堆叠在一起,大幅提升带宽-8

对普通消费者来说,这股AI浪潮可能会带来两方面影响:一方面,高端DRAM产能可能向AI领域倾斜,导致消费级内存供应紧张或价格上涨;另一方面,为AI开发的技术最终会下放到消费市场,就像游戏技术推动显卡进步一样。

未来几年,我们会看到DDR5进一步普及,GDDR7在高端显卡中应用,以及HBM在AI加速器中更广泛采用-8。同时,像统一内存架构这样的创新技术,可能会改变我们设计和使用计算设备的方式-8