服务器内存和显存基础知识详细介绍

早期内存通过内存总线与北桥连接，北桥通过前端总线与CPU通信。从IntelNehalem开始，北桥集成到CPU内部，内存直接通过内存总线与CPU连接。因此，AMD采用SocketFM1，Intel采用LGA1156插槽后，处理器集成北桥，独立北桥消失，主板上只剩下南桥。计算机系统的主要矛盾是CPU太快，磁盘太慢。因此，它们不能直接通信，需要增加一个过渡层，即内存的功能。哈佛结构是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储结构。内存(Memory)又称内存，用于暂时存储CPU中的操作数据和与硬盘等外部存储器交换的数据。计算机中的所有程序都在内存中运行，因此内存的性能对计算机有很大的影响。1996年底，SDRAM开始出现在系统中。与早期技术不同，SDRAM的出现是为了与CPU的计时同步而设计的。SDRAM又称SDRSDRAM(SingleDatarateSDRAM)，SingleDatarate是单倍数据传输率，SDRSDRAM的核心。I/O.等效时脉相同，SDRSDRAM一个周期只能读写一次。如果需要同时写入和读取，必须等到之前的指令完成后才能访问。DDRSDRAM是新一代SDRAM技术，是一种双通道同步动态随机访问内存。与SDR(SingleDatarate)不同，它只能在一个周期内读写一次，DDR的双数据传输率是指在一个周期内读写两次。在核心频率不变的情况下，传输效率是SDRSDRAM的两倍。结论：DDR采用时钟脉冲上升。下降沿每个数据传输一次。一个时钟信号可以传输两倍于SDRAM的数据，因此也称为双速SDRAM。其倍增系数为2。DDR2SDRAM是双通道两次同步动态随机访问记忆体。DDR2内存Prefetch再次上升到4bit(DDR的两倍)，DDR2的I/O时脉是DDR的两倍。总结:DDR2仍然采用时钟脉冲上升的技术。下降时传输一次数据(不是两次)，但预读4bit数据是DDR预读2bit的两倍。因此，其倍增系数为2X2=4。DDR3SDRAM是一通道三次同步动态随机访问记忆体。DDR3记忆Prefetch提升到8bit，即每次访问8bits作为一组数据。DDR3的传输速率在800~1600MT/s之间。此外，DDR3的规格要求将电压控制在1.5V，比DDR2的1.8V更省电。DDR3还增加了ASR(AutomaticSelf-Refresh)、SRT(Self-RefreshTemperature)等两种功能，使内存休眠时能够随温度变化控制内存颗粒的充电频率，保证系统数据的完整性。结论：DDR3作为DDR2的升级版，最重要的变化是预读8bit，是DDR2的2倍，DDR的4倍，因此，其倍增系数为2*2*2=8。DDR4SDRAM提供比DDR3/DDR2更低的电源电压1.2V和更高的频宽。DDR4增加了四个BankGroup组的设计，每个BankGroup具有独立的启动操作读写等动作特性。BankGroup组可以应用多工的概念来想象，也可以解释为DDR4在同一时脉工作周期内最多可以处理4组数据，效率明显优于DDR3。此外，DDR4还增加了DBI(DataBusInversion)、CRC(CyclicredundancyCheck)、CAparity等功能，使DDR4内存更快、更省电，同时增强了信号的完整性和存储可靠性。2017年，Intel推出了与六代酷睿Skylake相对应的服务器平台Purley，采用14nm工艺。最多28核心56线程。6通道DDR4内存。光纤互连通道，用UPI总线代替QPI总线等。UPI是UltraPathInterconect(超级通道互连)的缩写，数据传输率可达9.6GT/s.10.4GT/s，带宽更足，灵活性更强，每条消息可发送多个请求。未来内存的三个进化方向是容量、电压和频率。容量越来越大(4GB->8GB->16GB->32GB->64GB->..512GB)电压越来越低(1.5v->1.35v->1.2v->)频率越来越高(1333->1600->1866->2133->2400->.3200)主流内存制造商分为内存颗粒制造商和模块制造商。三大内存颗粒(DRAM)原厂依次为Samsung.SKHynix和Micron。模块制造商Ramaxel和Kingston从颗粒制造商那里购买颗粒制造内存条(DIMM)。核心频率、时钟频率和有效数据传输频率有三个不同的频率指标。核心频率是内存Cell阵列(MemoryCellarray)的工作频率，它是内存的真实运行频率；时钟频率是I/OBuffer(输入/输出缓存)的传输频率；有效的数据传输频率是指数据传输的频率。系统最大内存带宽=内存标称频率*内存总线位数*通道数*CPU数。实际内存带宽=内存标称频率*内存总线位数*实际使用通道数。实际内存带=内存核心频率*内存总线位数*实际使用的通道数*倍增系数。在SDRAM-DDR时代，数据总线位宽时钟没有改变，都是64bit，但如果采用双通道技术，可以获得64*2=128bit的位宽。以下是默认频率下标称DDR31066的内存条的带宽。1066是指有效的数据传输频率，除以8是核心频率。一个内存只采用单通道模式，位宽为64bit。因此，实际内存带宽=(1066/8)*64*1*8=6824mbit。因此，如果内存工作在标称频率时，可以直接使用标称频率*位宽*实际使用的通道数，简化公式=1066*64*1=6824Mbit。如果说内存带宽是处理器和内存交换数据的关键，那么显存带宽对显卡也很重要。GPU核心负责操作，显存负责数据存储，两者之间需要频繁交换数据，这取决于显存带宽。更高的带宽可以使显卡在处理高分辨率和高画质时更方便。显存带宽由显存频率和显存位宽决定，但实际带宽取决于具体情况。目前主流显卡的位宽多为128bit、256bit、384bit和512bit，显存类型更能决定带宽，决定了显存带宽的极限。当然，目前最主流的显存是GDDR5，以前也有昙花一现的GDDR4，现在低端市场还有GDDR3显存残存，AMD在其显卡上使用HBM显存，比GDDR5显存更强大，带宽大幅提升。就两者而言，GDDR5内部I/O带宽为32bit，目前NVIDIA显卡GDDR5显存频率可达1750MHz，为4倍速率机制，数据频率为7Gbps，单芯片带宽为28GB/s。目前HBM显存频率仅为500MHz，2倍频率机制，数据频率为1Gbps，但其I/O带宽极高，弥补了频率不足。GDDR5和HBM显存是目前最主流的显存技术。目前，GDDR3显存基本上用于NVIDIA和AMD的一些低端显卡。GDDR5绝对是目前的主流。单个芯片的容量逐渐从以前的2GB增加到4GB。美光最近大规模生产和出货了8GB（1GB）颗粒。高端显卡只需4-8个芯片即可实现4-8GB容量显存，这将进一步促进大容量显卡的出现。HBM是后起之秀，目前只有AMD独家使用，第一代HBM技术其堆栈显存核心容量2Gb(1堆栈为4核心)，数据频率1Gbps，位宽1024bit。显存带宽=显存等效数据频率(Gbps)*显存总位宽(bit)/8=显存实际频率(MHz)*显存数据倍率(1.2.4不等)*显存等效位宽(64-512bit不等)/8。由于显卡厂更习惯用更大更好的数据频率来标记产品规格，上述公司实际上可以更简单，直接变成：显存带宽(GB/s)=显存数据频率(GBPs)*显存等效位宽(bit)/8。以NVIDIAGeForceGT720显卡为例，该卡位宽仅为64bit，同时支持GDR3和GDDR5显存，前者为900MHz，后者为1250MHz，两种配置下的带宽分别为：GDDR3GT720显卡带宽为：900MHz*2*64bit/8=14.4GB/s，或1.8GBps*64bit/8=14.4GB/s。GDR5：GT720显卡带宽为1250MHz*4*64bit/8=40GB/s，或5GBps*64bit/8=40GB/s。

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