作為現代計算機的基礎，馮·諾依曼體系結構的計算機主要由運算器、控制器、存儲器和輸入輸出設備組成，其中存儲器在現代計算機裡面指的就是内存和硬盤。

内存的主要作用就是處理器與外部之間進行通訊的時候，作為一個臨時放置數據的緩沖區使用。早期的計算機并沒有内存，是随着CPU的性能提高而産生，然後不斷發展的。特别是21世紀以來，内存的頻率得到了極大的提升，帶寬的增加使得内存性能大幅度提高，這個幅度是驚人的。

平時我們常說的DDR4-4266隐含的意思是内存頻率達到了4266MHz，要知道十年前，市場上主流的内存産品也就DDR3-1333，從表面上看，市場上售賣的内存頻率的提升都三倍有餘了，比這段時間的CPU頻率提升還誇張。

事實上真的如此嗎？下面會向大家介紹内存頻率的發展變化，到底是怎麼做到的。

在此之前的上古時代太久遠，技術上的差别可以把這部分略過，所以從插座變成DIMM的SDR SDRAM開始。如果對内存以往的曆史感興趣，可以通過我們以前的《超能課堂：從KB到GB，内存條所經過的7個曆程》去了解。

SDR SDRAM（Single Data Rate SDRAM）就是一般所說的同步動态随機存取内存，使用插座是DIMM（Dual In-line Memory Module），其插座的接口為168Pin，金手指單邊84Pin。内存的長和高分别是133.35mm和30.48mm，電壓3.3V。内存的頻率和CPU外頻同步，64bit的位寬也和當時CPU的總線一緻，使用單内存電腦就可以正常工作了。

最早的SDR SDRAM内存規格是PC66，顧名思義頻率就是66MHz。随後提高到100MHz（俗稱PC100），最後市場主流定格在133MHz（JEDEC文檔裡的PC133規範）。和PC66/PC100不同，PC133規範最初并不是由英特爾主導制定的，是威盛（VIA）聯合三星、現代、日立、西門子、Micron、LG和NEC等公司提出的，這涉及到業界各廠商和英特爾（計劃全力推廣RDRAM内存接任）之間的一場利益之争，這場世紀之交的大戰堪稱十八路諸侯讨董卓。

1999-2000年憑借PC133規範，威盛分别在英特爾和AMD平台推出了Apollo Pro 133(693A)/Apollo Pro 133(694X)和KX133/KT133(A)芯片組，占據了芯片組市場的半壁江山。後來市場上曾出現标稱PC150（150MHz）的内存，這是非标準規範，主要提供給超頻愛好者使用。Kingmax後期采用了BGA封裝生産的PC133/PC150 SDRAM内存（很多廠商到DDR2才使用BGA封裝）在外觀上已經很現代了，畢竟是20年前的産品，特别是對比前任EDO内存。

PC133也隻是權宜之計，CPU對内存的性能需求已經到達一個瓶頸，雖然末期有廠商推出了稱為PC166的高頻率内存，但SDRAM已是強弩之末，再怎麼折騰也提升有限，使用更快更強的新内存去滿足新一代CPU是必然的。

如果說SDR SDRAM是現代内存的鼻祖，那麼PC100規格的SDRAM内存就是日後内存發展的起點。

RDRAM的全稱是Rambus DynamicRandom Access Memory，是由Rambus主導研發的内存規格，采用184Pin的RIMM插槽，電壓2.5V。在參與制訂完PC100 SDRAM後，如日中天的英特爾非常自信地認定RDRAM在技術上遙遙領先，欽定RDRAM成為其平台下一代内存的标準，并在1999年9月開始在Pentium III平台推出相關的芯片組，最高支持PC800 RDRAM内存。

Rambus和JEDEC之間關系并不好，同時授權費高昂，加上英特爾的強勢，讓夾在中間的廠商相當煎熬，有的甚至放棄不去做RDRAM。事實上RDRAM内存真的是太貴了，完全不是普通用戶可以承受的。更無語的是，如果RDRAM内存數量不能插滿主闆的内存插槽，還要額外購買特殊空白卡插上去填滿，電腦才能正常工作。這又多了一筆額外的花銷，而且很麻煩。

從技術規格來說，RDRAM确實比當時市場上主流的PC-100 SDRAM内存領先很多，其特點就是頻率非常高，所以帶寬優勢明顯。雖然位寬隻有16bit，低于SDR SDRAM的64bit，但是引入RISC思路設計的特殊架構，使得内存頻率可以達到驚人的400MHz（高頻率導緻發熱量大不得不穿馬甲），同時數據一周期内兩次傳輸，也就是說等效頻率800MHz，後來還提高到PC1066 RDRAM（i850E芯片組支持），頻率方面是市場上一般PC100/PC133 SDRAM内存難以企及的高度。

而且使用RDRAM内存的芯片組已開始支持雙通道了（例如i840/i850芯片組），雙通道PC800/PC1066 RDRAM的帶寬分别達到3.2GB/s和4.2GB/s，相比起來PC100/PC133 SDRAM的帶寬分别隻有800MB/s和1.06GB/s，性能優勢更大了。

結果大家都知道，最後RDRAM退出了PC市場。因為沒等多久，性能上可以與它競争，但價格不及一半的對手出場了。不過東邊不亮西邊亮，Rambus在遊戲機市場找到了屬于自己的天地，任天堂N64，索尼PlayStation 2和PlayStation 3（使用新一代XDR内存标準）上，都看到它的身影。

PC133 SDRAM已經不能滿足性能需求，RDRAM太貴不能用，不過很快，簡單有效的解決辦法找到了。

DDR SDRAM内存全稱Dual Date Rate SDRAM，就是雙倍速率的SDRAM，從名字就看出是SDR SDRAM的升級版了。它采用184Pin的DIMM插槽，電壓2.5V。DDR SDRAM與原來的SDRAM最大的不同，在于一個時鐘周期的上升沿與下降沿各傳輸一次信号，直接粗暴地把數據傳輸速度翻倍，而且還不會增加功耗。定址與控制信号方面與SDR SDRAM相同，僅在上升沿傳輸。這是為了兼顧當時内存控制器的兼容性與性能，方便廠商簡單升級設備後就能進行生産。

雖然DDR SDRAM的制定工作在更早之前已經開展，但英特爾在RDRAM問題上的執着讓業内的其他廠商站在一起，大大加快了相關工作推進的速度。

最早的DDR内存頻率是200MHz的DDR-200（市場上基本沒見過），接着是DDR-266、DDR-333，最後停在DDR-400，JEDEC的文檔裡名稱是PC1600/PC2100/PC2700/PC3200。

2000年7月ALI（楊智）率先推出支持DDR内存的芯片組，英特爾平台的Aladdin Pro 5，AMD桌面平台的ALiMAGiK 1以及移動平台的MobileMAGiK 1。真正開始得到普及是大概一年後，各大芯片組廠商普遍已推出支持DDR-266内存的芯片組，相關主闆推上了貨架。

到了DDR-400時期，支持雙通道DDR内存的芯片組出現了。2002年7月，英偉達針對AMD平台發布的nForce 2是最先支持雙通道DDR-400内存的芯片組，從此英偉達在AMD平台的芯片組市場占據主導地位，維持了很長一段時間。2003年4月，i865PE/G/i875芯片組随支持800MHz FSB和超線程的Northwood核心Pentium 4發布，英特爾平台也支持雙通道DDR-400内存了。這标志着雙通道地位的确立，往後無論内存如何升級換代，支持雙通道始終是主流市場處理器和芯片組規格上的标配。

從PC133 SDRAM到雙通道DDR-400，這個過程前後大概也就2年左右的時間，主流電腦的内存帶寬一下子翻了6倍，内存性能的躍升速度堪稱光速。這是之前不可想象的，提高幅度比以後任何一代内存更疊得到的提升都要誇張。

自從DDR SDRAM内存推出後，原來SDRAM與RDRAM之間的鴻溝一下子縮窄了。RDRAM價格高昂，适用性差，在DDR内存頻率迅速提升後，最終性能優勢也沒有了。至此，未來電腦内存的發展走向已經确定，就是沿着DDR SDRAM内存路線疊代升級。

在完全确立DDR SDRAM内存的市場地位後，後續的内存實際上都是DDR内存的衍生品。由于單純提高DDR内存在頻率已經很難了，所以DDR2 SDRAM要尋找新的方法實現性能提升。

這種途徑就是将DDR SDRAM内存在時鐘周期内預讀取由2bit變成了4bit，DDR2 SDRAM非常有效地讓數據傳輸速度又一次翻倍。此外采用了240Pin的DIMM插槽，電壓1.8V，還融入了CAS、OCD、ODT技術規範和中斷指令讓運行效率更高。以前SDR SDRAM/DDR SDRAM内存不少仍然采用TSOP封裝，而DDR2 SDRAM都變成了BGA封裝，從外觀上看，DDR2 SDRAM就已經有比較大的區别了。

DDR2 SDRAM從DDR2-400（400MHz）開始，依次往上是DDR2-533、DDR2-667，最高至DDR2-800（頻率趕上1999年的RDRAM了），JEDEC的文檔裡名稱是PC2-3200/PC2-4200/PC2-5300/PC2-6400。

DDR2-1066有點特别，相關廠商之間達成了一定标準協議（三星甚至在自己的DDR2-1066内存上标示PC2-8500字樣），但并非JEDEC組織制定的标準規範，不過市場上數量并不少（主要是AMD平台的支持）。雖然DDR2使用時間長範圍廣，但大部分時間都是和DDR或DDR3在市場上并存。

最早支持DDR2内存的是2004年6月英特爾發布的i915/i925芯片組，不過這兩款芯片組評價不怎麼樣。而AMD由于K8架構是把内存控制器整合在處理器内部，所以直到2006年6月更換到AM2平台才開始支持DDR2内存。

DDR3 SDRAM推出的時間非常早，英特爾在2007年的5月份就發布了支持DDR3内存的P35芯片組（AMD剛轉向使用DDR2内存沒多久），這時候JEDEC甚至還沒正式完成規範的制定工作。另一方面徹底普及花了好幾年的時間，AMD直到2009年2月更疊到AM3平台才提供支持。

和上一代的DDR2 SDRAM相比，提升的途徑也很直接，把預讀取從4bit變成了8bit，再一次以同樣方式讓數據傳輸速度實現了翻倍，同時加入了CWD、Reset、ZQ、STR、RASR等技術。插槽仍然是240Pin的DIMM，不過防呆缺口位置改變了，電壓降低到1.5V。無論DDR2 SDRAM還是DDR3 SDRAM，都是采取了相對保守、穩定的技術路線來提高内存性能。

DDR3 SDRAM初代産品是DDR3-800（800MHz），接着是DDR3-1066、DDR3-1333、DDR3-1600、DDR3-1866，最高到DDR3-2133（幾乎三倍于初代DDR3内存頻率），JEDEC的文檔裡名稱是PC3-6400/PC3-8500/PC3-10600/PC3-12800/PC3-14900/PC3-17000。

在DDR3内存推向市場後，由于對比DDR2在性能上沒有優勢，但價格更高，處理器對内存性能的需求也沒那麼迫切（AMD甚至遲遲不支持），DDR2和DDR3内存共存了比較長的一段時間，廠商同一款芯片組分别有對應DDR2和DDR3版本也是常有的事（幾乎除了内存插槽什麼都一樣）。直到DDR3-1333開始，頻率提升讓性能優勢逐漸體現，同時價格也下來了，才真正成為市場的主流。

另外DDR3内存非常長壽，在市場上占據了有十年左右的時間，到第6代酷睿處理器發布的時候，仍然有廠商推出支持新CPU及DDR3内存的主闆（OEM廠商這樣搭配使用的并不少）。近兩年，依然能看到有零星采用新芯片組支持8代/9代酷睿的主闆也使用DDR3内存，但這些主闆隻不過是小衆産品，已經不是市場主流了。

同樣在第6代酷睿的時候，DDR4内存推向了主流市場。事實上DDR4内存在前一年，也就是2014年8月X99芯片組發布的時候已經提供支持了。

在前面的介紹裡可以看到，從DDR到DDR3，每次内存更新換代都會從預讀取的位數翻倍方式實現頻率提升，三者預讀取的位數分别是2bit、4bit和8bit。不過DDR4在預讀取位數上和DDR3内存一樣是8bit，因為想翻倍到16bit在當時來說難度太大了，所以這次要換一種方式實現這個目标。

源于GDDR5的Bank Group（BG）設計就應運而生了，4個Bank作為一個BG，可自由使用2-4組BG，各個BG具備獨立啟動操作讀、寫等動作特性，讓内存控制器和BG組之間實現交錯操作，加上其他技術手段的加入，可以讓等效頻率可以提升到核心頻率的16倍。簡單來說，就是換了一種方式實現類似預讀取位數翻倍的效果。另外DDR4 SDRAM的DIMM插槽提高到了288Pin，電壓降低到1.2V，而且金手指并不是完全平直的，會有輕微曲線。

DDR4 SDRAM從DDR4-1600（1600MHz）起步，分别有DDR4-1866、DDR4-2133、DDR4-2400、DDR4-2666，最高到DDR4-3200，JEDEC的文檔裡名稱是PC4-1600/PC4-1866/PC4-2133/PC4-2400/PC4-2666/PC4-3200。

事實上DDR4内存起步頻率有點低，市場上真正見到的一般是從DDR4-2133開始。随着第7代酷睿以及Ryzen系列處理器的發布，DDR4内存徹底占領了内存市場，一直到現在。目前市面上有很多DDR4-3600、DDR4-3733、DDR4-4266的高頻率内存，和所有的前一代産品一樣，這些都是非标準規範，為發燒友們準備的。

現階段想更深入解析DDR5 SDRAM有點為時尚早，JEDEC在2020年7月才正式公布DDR5内存規範，實際産品還沒推向市場。不過和以往每次疊代時候頻率有重疊的情況有些不同，這次DDR5 SDRAM直接從4800MHz開始，最高到6400MHz。至于提高的秘訣，也是老套路了，再次從預讀取下手，由8bit提高到16bit，當然也有其他方面技術的引入，具體可以看我們今年《超能課堂：DDR5内存是怎麼做到頻率翻倍的？》的介紹。

從SDRAM到DDR5，選取了PC133 SDRAM、PC1066 RDRAM、DDR-400、DDR2-800、DDR3-2133、DDR4-3200、DDR5-4800做了個圖表對比，能直觀感受到内存頻率的變化情況，在SDRAM到DDR4都選擇了各自類型内存在JEDEC規範裡的最高規格，RDRAM選擇的是PC時期的最高規格。目前DDR5的核心頻率未知，DDR5-4800可能是150MHz。

可以看到，從PC133 SDRAM到DDR5-4800，在過去20年的時間裡，電腦内存的頻率在不知不覺中提高了36倍有餘。事實上PC133 SDRAM和DDR5-4800之間的頻率差距不是真的有36倍那麼多，準确來說那隻是内存的等效頻率。多年來，受制于物理材料的極限限制，核心頻率提升幅度非常少，可以說是變化不大。當然，RDRAM這種特殊的串聯結構有着天生的優勢，核心頻率可以達到超乎尋常高頻的除外。

從表格中可以看出，JEDEC制定的内存規範标準裡，核心頻率一般都不超過200MHz，除了DDR3達到了266MHz（DDR5目前估計在150MHz-200MHz之間）。内存等效頻率的提高是各種技術手段疊加的結果，這也是技術和制造工藝進步的體現，所以表格裡從最早的PC66 SDRAM到最新的DDR5-6400，頻率相差了近百倍。但這些放大的手段都存在各種的局限性，例如内存數據存儲并不連續，那麼一些預讀取的方式就不會有什麼幫助，也就達不到等效頻率的速度了。

這就是内存一路走來，其頻率變化的曆程。

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