如何分析服務(wù)器內(nèi)存和顯存知識(shí)

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早期內(nèi)存通過(guò)存儲(chǔ)器總線和北橋相連，北橋通過(guò)前端總線與CPU通信。從Intel  Nehalem起，北橋被集成到CPU內(nèi)部，內(nèi)存直接通過(guò)存儲(chǔ)器總線和CPU相連。

所以，在AMD采用Socket FM1，Intel采用LGA 1156插槽之后的處理器都集成了北橋，獨(dú)立的北橋已經(jīng)消失，主板上僅余下南橋。

計(jì)算機(jī)體系的主要矛盾在于CPU太快了，而磁盤太慢了。所以它倆是不能夠直接通信的，需要增加一個(gè)過(guò)渡層，這就是內(nèi)存的作用。哈佛結(jié)構(gòu)是一種將程序指令存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分開(kāi)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。

內(nèi)存(Memory)也被稱為內(nèi)存儲(chǔ)器，其作用是用于暫時(shí)存放CPU中的運(yùn)算數(shù)據(jù)，以及與硬盤等外部存儲(chǔ)器交換的數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)中所有程序的運(yùn)行都是在內(nèi)存中進(jìn)行的，因此內(nèi)存的性能對(duì)計(jì)算機(jī)的影響非常大。

1996年底，SDRAM開(kāi)始在系統(tǒng)中出現(xiàn)，不同于早期的技術(shù)，SDRAM的出現(xiàn)是為了與CPU的計(jì)時(shí)同步化所設(shè)計(jì)。

SDRAM亦可稱為SDR SDRAM(Single Data Rate SDRAM)，Single Data Rate為單倍數(shù)據(jù)傳輸率，SDR  SDRAM的核心、I/O、等效時(shí)脈皆相同， SDR SDRAM在1個(gè)周期內(nèi)只能讀寫1次，若需要同時(shí)寫入與讀取，必須等到先前的指令執(zhí)行完畢，才能接著存取。

DDR SDRAM為雙通道同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取內(nèi)存，是新一代的SDRAM技術(shù)。別于SDR(Single Data  Rate)單一周期內(nèi)只能讀寫1次，DDR的雙倍數(shù)據(jù)傳輸率指的就是單一周期內(nèi)可讀取或?qū)懭?次。在核心頻率不變的情況下，傳輸效率為SDR SDRAM的2倍。

總結(jié)：DDR采用時(shí)鐘脈沖上升、下降沿各傳一次數(shù)據(jù)，1個(gè)時(shí)鐘信號(hào)可以傳輸2倍于SDRAM的數(shù)據(jù)，所以又稱為雙倍速率SDRAM。它的倍增系數(shù)就是2。

DDR2  SDRAM為雙通道兩次同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取記憶體。DDR2內(nèi)存Prefetch又再度提升至4bit(DDR的兩倍)，DDR2的I/O時(shí)脈是DDR的2倍。

總結(jié)：DDR2仍然采用時(shí)鐘脈沖上升、下降時(shí)各傳一次數(shù)據(jù)的技術(shù)(不是傳2次)，但是一次預(yù)讀4bit數(shù)據(jù)，是DDR一次預(yù)讀2bit的2倍，因此，它的倍增系數(shù)是2X2=4。

DDR3SDRAM為雙通道三次同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取記憶體。DDR3記憶體Prefetch提升至8bit，即每次會(huì)存取8  bits為一組的數(shù)據(jù)。DDR3傳輸速率介于800～1600 MT/s之間。

此外，DDR3 的規(guī)格要求將電壓控制在1.5V，較DDR2的1.8V更為省電。DDR3也新增ASR (Automatic  Self-Refresh)、SRT(Self-Refresh  Temperature)等兩種功能，讓內(nèi)存在休眠時(shí)也能夠隨著溫度變化去控制對(duì)內(nèi)存顆粒的充電頻率，確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)完整性。

總結(jié)：DDR3作為DDR2的升級(jí)版，最重要的改變是一次預(yù)讀8bit，是DDR2的2倍，DDR的4倍，所以，它的倍增系數(shù)是2*2*2=8。

DDR4 SDRAM提供比DDR3/DDR2更低的供電電壓1.2V以及更高的頻寬。DDR4 新增了4 個(gè)Bank Group 組的設(shè)計(jì)，各個(gè)Bank  Group具備獨(dú)立啟動(dòng)操作讀、寫等動(dòng)作特性，Bank Group 組可套用多工的觀念來(lái)想像，亦可解釋為DDR4 在同一時(shí)脈工作周期內(nèi)，至多可以處理4  組數(shù)據(jù)，效率明顯好過(guò)于DDR3。

另外，DDR4增加了DBI(Data BusInversion)、CRC(Cyclic Redundancy Check)、CA  parity等功能，讓DDR4內(nèi)存在更快速與更省電的同時(shí)亦能夠增強(qiáng)信號(hào)的完整性和儲(chǔ)存的可靠性。

Intel在2017年推出對(duì)應(yīng)于六代酷睿Skylake的服務(wù)器平臺(tái)“Purley”，采用14nm工藝、最多28核心56線程、6通道DDR4內(nèi)存、光纖互連通道，采用UPI總線替代QPI總線等等。UPI是  UltraPath  Interconnect(超級(jí)通道互連)縮寫，數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)9.6GT/s、10.4GT/s，帶寬更足，靈活性更強(qiáng)，每條消息可以發(fā)送多個(gè)請(qǐng)求。

內(nèi)存未來(lái)三大演進(jìn)方向分別為容量、電壓和頻率。

• 容量越來(lái)越大(4GB -> 8GB -> 16GB ->32GB -> 64GB->…512GB)

• 電壓越來(lái)越低(1.5v -> 1.35v -> 1.2v->…)

• 頻率越來(lái)越高(1333 -> 1600 -> 1866-> 2133 -> 2400->..3200)

主流內(nèi)存生產(chǎn)廠家分為內(nèi)存顆粒廠商和模組廠商，三大內(nèi)存顆粒(DRAM)原廠依次為Samsung、SK  Hynix和Micron。模組廠商Ramaxel和Kingston通過(guò)從顆粒廠商購(gòu)買顆粒制作內(nèi)存條(DIMM)。

內(nèi)存有三種不同的頻率指標(biāo)，它們分別是核心頻率、時(shí)鐘頻率和有效數(shù)據(jù)傳輸頻率。

• 核心頻率即為內(nèi)存Cell陣列(Memory Cell Array)的工作頻率，它是內(nèi)存的真實(shí)運(yùn)行頻率;

• 時(shí)鐘頻率即I/OBuffer(輸入/輸出緩存)的傳輸頻率;

• 有效數(shù)據(jù)傳輸頻率則是指數(shù)據(jù)傳送的頻率。

系統(tǒng)最大內(nèi)存帶寬 = 內(nèi)存標(biāo)稱頻率*內(nèi)存總線位數(shù)*通道數(shù)*CPU個(gè)數(shù)

實(shí)際內(nèi)存帶寬 = 內(nèi)存標(biāo)稱頻率*內(nèi)存總線位數(shù)*實(shí)際使用的通道數(shù)

實(shí)際內(nèi)存帶=內(nèi)存核心頻率*內(nèi)存總線位數(shù)*實(shí)際使用的通道數(shù)*倍增系數(shù)。

從SDRAM-DDR時(shí)代，數(shù)據(jù)總線位寬時(shí)鐘沒(méi)有改變，都為64bit，但若是采用雙通道技術(shù)，可以獲得64*2=128bit的位寬。

下面計(jì)算一條標(biāo)稱DDR31066的內(nèi)存條在默認(rèn)頻率下的帶寬，1066是指有效數(shù)據(jù)傳輸頻率，除以8才是核心頻率，一條內(nèi)存只用采用單通道模式，位寬為64bit。所以，實(shí)際內(nèi)存帶寬=(1066/8)*64*1*8=68224Mbit。

由此可知，如果內(nèi)存工作在標(biāo)稱頻率的時(shí)候，可以直接用標(biāo)稱頻率*位寬*實(shí)際使用的通道數(shù)，簡(jiǎn)化公式=1066*64*1=68224Mbit。

如果說(shuō)內(nèi)存帶寬是處理器與內(nèi)存交換數(shù)據(jù)的關(guān)鍵，那么顯存帶寬對(duì)顯卡同樣也很重要。GPU核心負(fù)責(zé)運(yùn)算，顯存負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，二者之間需要頻繁交換數(shù)據(jù)，這就要依賴顯存帶寬了，更高的帶寬可以讓顯卡在處理高分辨率、高畫質(zhì)時(shí)更加得心應(yīng)手。

顯存帶寬從大的方面來(lái)說(shuō)是顯存頻率及顯存位寬來(lái)決定的，不過(guò)實(shí)際帶寬就要看具體情況了，目前主流顯卡的位寬多是128bit、256bit、384bit及512bit，更能決定帶寬的還是顯存類型，它們決定了顯存帶寬的極限。

目前最主流的顯存當(dāng)然是GDDR5，之前還有過(guò)曇花一現(xiàn)的GDDR4，現(xiàn)在低端市場(chǎng)上還有g(shù)DDR3顯存殘存，AMD在其顯卡上使用了HBM顯存，相比GDDR5顯存更強(qiáng)大，帶寬大幅提升。

就這二者來(lái)說(shuō)，GDDR5內(nèi)部I/O帶寬是32bit，目前的NVIDIA顯卡的GDDR5顯存頻率可以達(dá)到1750MHz，它是4倍速率機(jī)制，數(shù)據(jù)頻率是7Gbps，單個(gè)芯片的帶寬是28GB/s。目前的HBM顯存的頻率只有500MHz，2倍頻率率機(jī)制，數(shù)據(jù)頻率是1Gbps，不過(guò)它的I/O帶寬極高，彌補(bǔ)了頻率不足。

GDDR5和HBM顯存是目前最主流的顯存技術(shù)。目前gDDR3顯存基本上是NVIDIA及AMD部分低端顯卡在用。GDDR5絕對(duì)是目前的主流，單顆芯片的容量逐漸從之前的2Gb提高到4Gb，美光前不久還量產(chǎn)出貨了8Gb(1GB)顆粒的，高端顯卡也只要4-8顆芯片即可實(shí)現(xiàn)4-8GB容量顯存，這將進(jìn)一步推動(dòng)大容量顯卡的出現(xiàn)。

HBM是后起之秀，目前只有是AMD家獨(dú)使用，第一代HBM技術(shù)其堆棧的顯存核心容量2Gb(1個(gè)堆棧是4顆核心)，數(shù)據(jù)頻率1Gbps，位寬1024bit。

顯存帶寬=顯存等效數(shù)據(jù)頻率(Gbps)*顯存總位寬(bit)/8=顯存實(shí)際頻率(MHz)*顯存數(shù)據(jù)倍率(1、2、4不等)*顯存等效位寬(64-512bit不等)/8

由于顯卡廠更習(xí)慣用數(shù)字更大更好看的數(shù)據(jù)頻率來(lái)標(biāo)記產(chǎn)品規(guī)格，上述公司實(shí)際上還可以更簡(jiǎn)單，直接變成：

顯存帶寬(GB/s)=顯存數(shù)據(jù)頻率(Gbps)*顯存等效位寬(bit)/8

拿NVIDIA的GeForce GT  720顯卡來(lái)舉例說(shuō)明，該卡位寬僅為64bit，同時(shí)支持gDDR3和GDDR5顯存，前者的典型頻率900MHz，后者的典型頻率是1250MHz，兩種配置下帶寬分別是：

gDDR3：GT 720顯卡的帶寬為：900MHz *2*64 bit/8= 14.4GB/s，或者是1.8Gbps *64bit/ 8=  14.4GB/s。

GDDR5：GT 720顯卡的帶寬為1250MHz *4*64 bit/8 = 40GB/s，或者是5Gbps* 64bit/8=40GB/s。

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