【硬體編年史】內存的前世今生，跨越時代的存儲之旅

寫在開頭

想像一下，如果你的大腦只能保留幾秒鐘前的記憶，那麼日常生活將變得極其困難。你將無法完成連貫的對話，無法記住剛剛學到的知識，甚至無法記住回家的路。這樣的生活無疑是混亂且充滿挑戰的。幸運的是，人類的大腦擁有卓越的記憶功能，能夠存儲和回憶大量的信息，這對我們的日常生活和工作至關重要。

計算機同樣依賴於它們的「記憶」來執行任務。在計算機的運作中，內存就扮演著這樣的角色，它相當於計算機的短期記憶系統，今天我們就來講講內存的發展歷程，深入了解它如何塑造了我們今天所知的計算機世界。

內存的基本概念

在深入技術細節之前，讓我們先來了解一些基礎概念。內存是計算機用來暫時存儲數據和程序的地方，畢竟硬碟的速度還是太慢了，如果只靠硬碟的傳輸速度，那cpu讀取一遍硬碟的內容，再將其處理完畢的時間，可能你已經不耐煩了，所以內存的作用就是讓cpu可以快速訪問的存在。舉個通俗易懂的例子，內存就像是一個你家附近的京東倉儲中心，提前將貨物搬運到了這裡，不用等客戶下單後再從全國各地調貨，能夠更快的將貨物送到你手上。

內存條發展史

講完了內存的基本概念，下面正式進入今天的主題，了解一下內存的前世今生。

最早的內存

最早的內存其實可以追溯到1951年，是世界上無數物理學家與計算專家等多個領域共同合作的成果。j. presper eckert在20世紀40年代中期為edvac計算機發明了延遲線存儲器，edvac採用二進位，是一台馮·諾伊曼結構的計算機，即標準的現代計算機結構。上面搭載了世界第一條內存，是採用水銀延遲線製作的易失性存儲器，分布在32個槽中，每個槽5英尺長，裡面包含32個內存位置，共1024個位置。不過，建造時只實現了一半，僅有512個位元組大小。

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其工作原理就是通過用壓力波的傳播延遲來存儲數據。拿一個管子，裝滿汞（水銀）。管子一端放揚聲器，另一端放麥克風。揚聲器發出脈衝時會產生壓力波，壓力波需要時間傳播到另一端的麥克風，麥克風將壓力波轉換回電信號。有壓力波代表1，沒有代表0。

simm的出現

上面那種內存還是太抽象了，不過起初個人電腦上也是沒有內存的，雖然不想上面用水銀延遲線，但內存也是通過dip晶元的形式直接安裝到主板的dram插座上。當時的容量也小得可憐，安裝近10顆類似的晶元也只能做到最多256kb的容量，並且由於其是直接安裝上去的，因此擴展性幾乎沒有。

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直到80286的出現硬體與軟體都在渴求更大的內存，只靠主板上的內存已經不能滿足需求了，於是內存條就誕生了。這也是我們說的simm時代，第一代simm內存有30個引腳，單根內存的數據匯流排也只有8bit，後續又誕生了72個引腳的simm內存，單根內存位寬也增加到了32位，古早的奔騰系列處理器用的就是這種內存。

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接棒的edo dram

再往後，edo dram則在90年代時一直盛行，憑藉著製造工藝的飛速發展，edo內存在成本和容量上都有了很大的突破，單條edo內存容量從4mb到16mb不等，不過數據匯流排依然是32位，但是當時的cpu數據匯流排寬度一般都是64bit甚至更高，因此內存也必須成對使用。

sdr sdram大革命

而隨著cpu的升級，edo內存已經不能滿足系統的需求了，內存技術又一次迎來了大革命，插座從原來的simm升級為dimm（dual in－line memory module）。sdram也應運而生，sdram其實就是同步dram的意思，內存頻率與cpu外頻同步，這大幅提升了數據傳輸效率，再加上64bit的數據位寬與當時cpu的匯流排一致，所以只需要一根內存就能讓電腦正常工作。

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初代sdr sdram只有66mhz的頻率，即使後來也有100mhz甚至是133mhz的sdr sdram出現，容量也給到了512mb。不過硬體的升級速度更快，很快sdr sdram的性能也不能滿足需求了。這時候就發生了一個小插曲，intel為了應對日益增長的硬體性能需求,找到了rambus合作開發了rambus dram內存。不過由於當時由於amd的k7相當成功，加上rdram的製程成本極高，因此rdram很快就敗下陣來。

ddr內存的時代

內存也迎來了我們熟悉的時代，ddr內存時代。ddr的正式名字是ddr sdram（dual date rate sdram），顧名思義就是雙倍速率sdram，從名字上就知道它是sdr sdram的升級版。jedec（固態技術協會）將dram定義為標準ddr、移動ddr、圖形ddr三個類別，分別指代的就是電腦內存、手機運存、顯卡顯存。

其中標準ddr就是我們日常所熟知的，在電腦上應用的ddr內存，支持更寬的通道寬度、更高的密度和不同的形狀尺寸，面向伺服器、雲計算、網路、筆記本電腦、台式機等消費類應用，目前jedec已公布的最高標準是ddr5。

而移動ddr因為更窄的通道寬度與較低的功耗，主要面向手機、汽車等對規格和功耗敏感的領域，目前jedec已公布的最高標準是lpddr5x。

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最後一個是圖形ddr，說這個名字你可能很陌生。它的另一個名字叫gddr，相信你聽到這個名字應該就知道了，因為其提供極高的吞吐量，主要是面向圖形應用程序、數據中心加速以及ai的數據密集型應用程序設計，像我們顯卡中應用的就是gddr顯存，目前jedec公布的最高標準是gddr7，最快應該今年年底的rtx 50系顯卡上就能見到。

值得一提的是，將很多ddr晶元堆疊後與gpu封裝在一起，就構成了另一種形式的顯存，即hbm，關於這一點，我們之前也出過專門的文章，感興趣的讀者可以參考這篇文章的內容。目前jedec已公布的最高標準是hbm4。

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ddr技術版本演進

講完了dram的誕生，再講我們熟悉的，就是ddr版本的演進，從ddr1到ddr2，ddr3，ddr4，再到如今的ddr5，內存技術都在不斷進化當中。

ddr1

ddr1是最早的ddr技術版本，於2000年推出。通過在每個時鐘周期進行兩次數據傳輸來提高傳輸速率，相較於傳統的sdram技術，ddr1的提速效果顯著，大大增加了內存帶寬，極大地提高了計算機系統的內存帶寬。cpu的處理能力也能夠更好地發揮，電腦的性能也在這一刻有了史詩級的提升。

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ddr2

ddr2是ddr技術的第二代版本，於2003年推出。ddr2技術的一個關鍵創新是引入了新的電壓規範1.8v，相較於ddr1的2.5v，這一變化顯著降低了內存模塊的功耗。降低電壓不僅有助於減少發熱量，還提高了內存模塊的穩定性和可靠性。

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不過ddr2內存在提升性能的同時，也帶來了一些兼容性挑戰。由於ddr2內存的金手指長度與ddr1內存不同，因此ddr1和ddr2內存不能混用。這一情況在後續的ddr4以及ddr5中也有出現。此外，ddr2內存在推出初期，由於生產成本較高，其價格也相對昂貴。

ddr3

ddr3內存作為ddr技術的第三代版本，在2007年被引入市場，相較於前代技術實現了顯著的性能飛躍。它通過提升時鐘頻率並降低工作電壓至1.5v，成功實現了更高效的數據傳輸速率，同時顯著降低了功耗。

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ddr3內存的這些改進，使其帶寬得到增加，能夠更好地滿足日益增長的計算機性能需求，特別是在高性能計算和圖形處理方面。此外，ddr3還支持更大的內存容量，為需要處理大量數據的應用程序提供了更為充足的空間。

ddr4

ddr4是ddr技術的第四代版本，於2014年推出ddr4內存在數據傳輸速率上實現了質的飛躍，其時鐘頻率相比於ddr3得到了顯著提升，這意味著內存可以在單位時間內傳輸更多的數據。同時，ddr4支持的內存容量也大幅增加，滿足了市場對於更大存儲空間的需求。

ddr4的一個關鍵創新是引入了low power memory access（lpa）技術，這項技術通過優化內存訪問機制，有效降低了內存的能耗，同時保持了高性能的輸出。這不僅對環保有益，也延長了設備的電池壽命，特別是在移動設備上的應用。

除了lpa技術，ddr4還帶來了其他一些先進的特性。例如，高密度模塊的設計允許單個內存模塊擁有更大的存儲容量，這對於需要處理大量數據的伺服器和高性能計算機來說是一個巨大的優勢。ddr4還支持錯誤檢測和糾正（ecc），這是一種能夠識別並自動修正常見的數據損壞類型的重要功能，對於提升數據的完整性和系統的可靠性至關重要。

此外，ddr4內存的另一個顯著優勢是其對延遲的優化。雖然提高了數據傳輸速率，ddr4也通過技術改進降低了內存訪問延遲，從而進一步提升了系統的整體響應速度和性能。

ddr5

ddr5內存，作為ddr技術家族的最新一代，自2020年推出以來，標誌著計算機內存技術的又一重大進步。ddr5在多個關鍵性能指標上實現了顯著提升，為高性能計算、數據中心、遊戲以及企業應用帶來了前所未有的內存支持。

首先，ddr5內存的數據傳輸速率和時鐘頻率得到了大幅提高，這使得內存可以更快地與處理器交換數據，從而提升整體的系統性能。同時，ddr5內存模塊的容量也得到了增加，滿足了大數據時代對更大內存空間的需求。

ddr5內存採用了multi-bank operating（mbo）技術，這是一項創新的內存架構設計，允許多個內存bank同時進行操作。這種設計顯著提高了內存的並行性和效率，尤其是在多任務處理和複雜計算中，能夠更快地響應cpu的內存訪問請求。

此外，ddr5內存在能效方面也進行了優化。通過引入更高效的電源管理和時鐘門控技術，ddr5在保持高性能的同時，降低了功耗，這對於構建綠色節能的計算環境具有重要意義。

當然ddr5內存也增強了在ddr4時代就有的錯誤檢測和糾正（ecc）功能，這項技術能夠識別並自動修正數據傳輸過程中的錯誤，確保數據的完整性和系統的穩定性。這對於需要高可靠性的應用場景，如伺服器和科研計算，尤為重要。

小結

隨著計算需求的日益增長，每一代ddr內存的問世都旨在提供更快的數據傳輸速度和更廣闊的存儲空間。技術的躍進使得ddr內存在不斷刷新性能高度的同時，也在功耗控制上取得了突破。儘管每每推成出新的內存技術都帶來了諸多優勢，但它們在兼容性和成本方面的考量也成為了用戶在升級或購買時必須權衡的關鍵因素。就拿dd5來說，一開始上市時售價相當高，普通消費者望塵莫及，只有兼具價格合適與性能出色，才能將ddr5快速普及，讓更多玩家感受到科技進步的魅力。

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結語

關於內存歷史的介紹，就先寫到這裡。隨著技術的不斷進步，內存條作為計算機不可或缺的組成部分，其發展歷程映射了整個計算機硬體的演進史。從最初的延遲線存儲器到現代的ddr5內存，每一次技術的革新都極大地推動了計算機性能的提升。ddr5內存的推出，不僅在數據傳輸速率、容量、能效和穩定性上實現了質的飛躍，更預示著未來計算機無限的潛力與前景。