内存双通道原理全面剖析

兴宁528 · 发表于 2012/2/18 11:33

相信大家一定对“双通道”这个词不会陌生， 虽然内存的双通道技术已经不是什么新闻，然而在应用普及上却一直不如人意。一方面由于以前内存价格不便宜，组建双通道内存只限于发烧友，对普通用户来说并不划算，另一方面在AMD 64处理器中，集成了内存处理器，754平台并不支持双通道技术，只有939/940平台支持，而939平台进入主流也才是最近的事情，因此双通道技术一直没有得到大面积的应用，根据调查，现在使用双通道内存的用户只占36.4%，仍有很大一部分用户使用单条内存。  　　如今，主板、内存的市场价格为双通道技术大行其道提供了最有利的条件。256M 容量的DDR和DDR2内存售价已经相当便宜，512M容量也只在300元左右，内存双通道，不再是奢侈的事情，再看看i865、i915主板已经成为入门级配置，AMD 939平台已成为主流，此时不用内存双通道更待何时？  　　新一代PC的功能日渐多元化。除文本处理、网页浏览等一般性用途外，还被赋予多媒体转文件、影像编辑等较为吃重的工作，尤其是互联网的兴起，陆续带动了互动学习、数字影音及在线游戏等应用层面，并且导入3D效果，这些都考验着平台整体性能。所以新款PC的配备除CPU要够力外，内存的速度与容量也是关键所在。  　　为何需要双通道  　　一般而言，主板不仅主导了支持的CPU等级，连同能够搭配的内存种类也一并涵盖。说得更深入一点，这完全归咎于主板所采用的芯片组，为的就是让内存与CPU间密切配合，发挥最大效益。因此，为了防止CPU存取内存时发生数据堵塞的情形，加大传输频宽（Bandwidth）即为最直接的解决之道。  　　事实上，内存频宽与其运作频率关系密切，两者间属于正比，传输频宽会随着频率增加而上扬，所以才会有FPM（Fast Page Mode）、EDO（Extended Data Out）、SDRAM（Synchronous DRAM）、DRDRAM（Direct Rambus DRAM）、DDR SDRAM（Double Data Rate SDRAM）及DDR2 SDRAM的发展历程，这当中不仅是架构、规格上的改良，同时也代表着频宽的增加。  　　然而，随着HT（HyperTransport）、QDR（Quad Data Rate）等总线技术相继导入，内存传输要与FSB频宽平起平坐，单从内存本身着手仍嫌不足，频宽的成长幅度有限。如果加速内存规格的改朝换代的进程，除主板芯片组的配合外，还需考虑到线路设计、讯号处理，以及市场等多方面因素，因此，双通道（Dual Channel）的概念应运而生，直接修改北桥芯片电路设计，并沿用当前的内存规格，即可达到频宽倍增的效果。 　　双通道原理剖析  　　其实从数字上也可解释双通道的优点，比方说DDR2-667内存，另一种标示方式为PC2-5300，“5300”指的即是内存传输频宽，且DDR亦是如此（如：DDR400等于PC3200）。而透过双通道加持后，频宽将上涨至10600，也就是原来的两倍，自然得以有效地拉提升性能。  　　不论SDR SDRAM、 DDR SDRAM还是DDR2 SDRAM，单一内存总线的数据宽度均为64bit，换算后等于8Byte，与速度相乘即可得知频宽大小。以DDR2-800为例，则是800MHzx8Byte，计算结果为6400MB/Sec，这也就是PC2-6400的由来。  　　其实双通道的作法最早是出现在DRDRAM上，也就是俗称的Rambus内存，只不过架构上与DDR SDRAM相比，DRDRAM的高延迟特性，并且采用串行（Serial）传输方式，因此早期的DRDRAM必须成双成对使用，主板上剩余的DIMM槽都必须安装C-RIMM才能运作，搭配弹性较DDR SDRAM逊色。  　　而从nVIDIA的nForce芯片组开始，将DDR SDRAM带入了双通道时代，北桥芯片内具有两组内存控制器。换句话说，北桥芯片与内存间多出一条总线，相对地使得传输频宽变为原来两倍。不过，两组内存控制器间采独立运作，且具有互补特性，借以达到零延迟时间的目的。当其中一个控制器存取内存时，另一个控制器则在待命准备下一次的读写，反之亦然。  　　nVIDIA推出的nForce芯片组为PC领域的双通道先锋，采用交错式配置的设计，让两组内存控制器间延迟时间得以减少，并有助于传输频宽的增长。 　　双通道 V.S 单通道  　　虽然在双通道模式下，内存频宽成长一倍，但这仅是依据规格推算而来，实际使用上能否呈现对等的结果?对系统整体效能又带来多少帮助?通过测试可以看到，在Sandra 2005中，双通道提升后的效果显著。不论整数还是浮点数的内存频宽，双通道均明显超越单通道的数据。另外，在频宽增长率方面，可提升30%左右，如果未来Intel芯片组能够将内存控制器整合进CPU，或许这部分的表现会更为优异。在PCMark05测试中同样也可发现双通道的高效，单从内存成绩来看，使用双通道后与原先的单通道相比提升约11%。可见双通道与单通道内存相比，确实有很大的性能优势。  　　随着市场的成熟，内存双通道技术的应用已经是内存应用的必然趋势，内存及主板价格的跌落，双通道技术将会得到更广泛的应用。