DDR4能否引領(lǐng)新一輪存儲變革？

　　耗電量：省電是DDR4最明顯的改進(jìn)之處。DDR3所需的標準電源供應是1.5V(伏特，電壓?jiǎn)挝?而DDR4降至1.2V，專(zhuān)門(mén)為行動(dòng)裝置設計的低功耗DDR4(LPDDR4)更降至1.1V。除了降低工作電壓，DDR4支持深度省電模式(Deep Power Down Mode)，在暫時(shí)不需要用到內存的時(shí)候可進(jìn)入休眠狀態(tài)，無(wú)須更新內存(Refresh)，可進(jìn)一步減少待機時(shí)功率的消耗。

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　　圖三：DDR4 vs. DDR3的標準化能量消耗(圖表來(lái)源：http://www.extremetech.com)

　　除了上述的三個(gè)主要部份外，DDR4還支持命令/地址總線(xiàn)上的同位核對(parity check)，以及在數據寫(xiě)入時(shí)，數據總線(xiàn)上支持循環(huán)冗余檢驗(CRC)等功能，以自動(dòng)偵錯的方式來(lái)避免因訊號干擾而導致不正確的命令或數據被寫(xiě)入內存，增加高速傳輸時(shí)數據的完整性。

　　DDR4應用限制

　　世上沒(méi)有白吃的午餐。雖說(shuō)DDR4具有上述的優(yōu)點(diǎn)，但在應用上卻有額外的負擔。

　　首先，跟DDR3相比，DDR4讀寫(xiě)指令需要更長(cháng)的啟動(dòng)時(shí)間周期(Read Latency或Write Latency，也就是讀寫(xiě)指令下達后，需花費多少時(shí)間周期，數據才會(huì )出現在接口上)。因此在相同頻率下，DDR4的讀寫(xiě)效率會(huì )比DDR3低。這其實(shí)是可以理解的。隨著(zhù)半導體制程技術(shù)的提升，內存對外的接口邏輯電路的速度也越變越快，但內存內部的反應速度卻沒(méi)有增加，因此對外部的控制電路而言，DDR4的讀寫(xiě)指令需要更長(cháng)的時(shí)間周期才能被啟動(dòng)。換句話(huà)說(shuō)，DDR4的輸入頻率頻率或許可以比DDR3快上一倍，但內存的反應速度并沒(méi)有增快一倍，因此只好定義更多的讀寫(xiě)起始周期來(lái)因應。若因為系統的限制，使得DRAM的輸入頻率無(wú)法達到太高的頻率時(shí)，DDR3的讀寫(xiě)效率會(huì )比DDR4來(lái)得好。其實(shí)從DDR2進(jìn)展到DDR3時(shí)也有類(lèi)似的問(wèn)題發(fā)生。新一代的內存在剛推出的時(shí)候，價(jià)格不但偏高，同頻操作下的效率又比舊型內存差，總要過(guò)一段時(shí)間，市場(chǎng)對高速內存的需求升高，再加上產(chǎn)能提升帶動(dòng)單位內存價(jià)格的下降，才會(huì )真正達到世代交替。

　　其次，DDR3有8個(gè)獨立內存組(bank)，每個(gè)bank可獨立接收讀寫(xiě)指令?？刂?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/DRAM">DRAM的邏輯電路若妥善安排內存地址，可以減少相鄰讀寫(xiě)指令間等待的時(shí)間，降低數據總線(xiàn)額外閑置的機率，提高傳輸的效能。DDR4雖然增加內存組數為16，但卻加入內存群組(bank group)的限制。不同bank但若屬于同一個(gè)bank group，連續讀寫(xiě)指令間必須增加等待時(shí)間周期，造成數據總線(xiàn)的閑置機率升高，傳輸效能降低。在此種限制下，如何充分利用數據總線(xiàn)以達成最高效率，對于控制DDR4的邏輯電路設計是新的挑戰。

　　目前各DRAM大廠(chǎng)已陸續推出DDR4的內存模塊，英特爾最新個(gè)人計算機旗艦平臺—Haswell-E搭配X99芯片組全面支持DDR4，價(jià)格上比相似規格的DDR3貴上20~50%，實(shí)際使用起來(lái)卻感受不到太大的差別。其實(shí)內存的執行速度雖然重要，多數情況下并不是系統效能的瓶頸所在。因此，價(jià)格如果不能大幅降低，對桌面計算機的消費者而言，改用DDR4的誘因不大。

　　圖四：2014Q1~Q2全球品牌DRAM營(yíng)收排行表數據源：DRAMeXchange,Aug,2014

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　　圖五：品牌DRAM各國市占率數據源：DRAMeXchange,Aug,2014

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　　行動(dòng)DRAM興起帶動(dòng)市場(chǎng)需求

　　近幾年DRAM的供需市場(chǎng)產(chǎn)生很大的變化。 2013年美光(Micron Technology Group)并購日本內存大廠(chǎng)爾必達(Elpida)后，全球DRAM生產(chǎn)幾乎由前三大公司：三星(Samsung)、海力士(SK Hynix)以及美光所霸占，小廠(chǎng)只能挑選大廠(chǎng)已經(jīng)淘汰的小眾市場(chǎng)勉強維持(詳見(jiàn)圖四)。而低功耗的行動(dòng)DRAM(mobile DRAM)逐漸取代標準型DRAM，成為DRAM產(chǎn)業(yè)最重要的市場(chǎng)。根據DRAMeXchange所做的統計，蘋(píng)果公司(Apple Inc)已是全球DRAM最大采買(mǎi)商，預計2015蘋(píng)果的產(chǎn)品將占用全球25%的DRAM產(chǎn)能。

　　DRAMeXchangee更進(jìn)一步預測，2014年行動(dòng)DRAM占整體DRAM產(chǎn)出的36%，2015年有機會(huì )突破40%大關(guān)。由此趨勢看來(lái)，未來(lái)幾年，行動(dòng)內存大有機會(huì )取代標準型DRAM，成為最大的DRAM產(chǎn)出。目前高階智能型手機或平板計算機上的DRAM配備容量大約是1GB~2GB，對省電方面的要求更加嚴格。今(2015)年多家手機大廠(chǎng)新推出的旗艦型智慧手機計劃將搭載低功耗的行動(dòng)DDR4(LPDDR4)，加上蘋(píng)果新一代iPhone與iPad將提高內建DRAM容量，預期LPDDR4將比標準DDR4更快普及?？礈市袆?dòng)DRAM的商機，DRAM三大廠(chǎng)紛紛宣布設置新設備來(lái)增加行動(dòng)DRAM的產(chǎn)量。在標準型DRAM方面，雖然個(gè)人計算機市場(chǎng)需求下滑，但近年來(lái)云端運算與云端數據儲存應用的崛起，帶動(dòng)服務(wù)器設備需求逐年攀升，服務(wù)器DRAM也跟著(zhù)穩定成長(cháng)，成為標準型DDR4切入市場(chǎng)的契機。

　　以DRAM的基本結構(一個(gè)電容和一個(gè)晶體管組合成一個(gè)記憶單元)來(lái)看，未來(lái)在速度與耗電量的改進(jìn)空間不大，產(chǎn)學(xué)界早已積極開(kāi)發(fā)類(lèi)似的內存架構，例如Z-RAM、TTRAM等，DDR4會(huì )不會(huì )是末代DRAM標準，誰(shuí)也無(wú)法預測。

　　臺灣的DRAM產(chǎn)業(yè)曾經(jīng)是臺灣科技界指標性產(chǎn)業(yè)，但經(jīng)過(guò)10多年的巨額投資，終究還是敵不過(guò)韓國與美國大廠(chǎng)，在下一個(gè)DRAM周期的春天來(lái)臨前就黯然退出主要競賽行列。僥幸存活的少數廠(chǎng)商只能轉而幫其他大廠(chǎng)代工，或是改為生產(chǎn)不被大廠(chǎng)青睞、市場(chǎng)規模較小的產(chǎn)品。如今內存整體市場(chǎng)已經(jīng)跟10年前大不相同。行動(dòng)裝置與物聯(lián)網(wǎng)所帶動(dòng)的市場(chǎng)需求，明顯地朝向更小、更省電的方向，而非一昧著(zhù)重在速度跟效率上。若能好好掌握這股新的趨勢，未來(lái)臺灣廠(chǎng)商在內存產(chǎn)業(yè)還是大有可為。