|
【PConline 评测】早在去年9月分，Intel 旗舰级CPU Haswell-E和X99芯片发布就宣告内存进入DDR4时代。而今年Intel新一代14nm Skylake架构处理器连同100系列主板一同亮相，让DDR4内存真正从幕后走前台前。内存，从DDR、DDR2、再到DDR3，每次更新换代都会给硬件发展史划上浓墨重彩的一笔。当然，从DDR3到DDR4，相信同样不会例外。 不过，有一种论调很快在DIY圈子里传开，“同频DDR3 对比DDR4，DDR4内存性能反而处于下风”。理论上讲，按摩尔定律新一类的产品应该是技术越来越好，性能越来越强。从单技术层面来看，内存技术标准的制造者JEDEC即固态技术协会就在DDR4内存上采用许多优于DDR3内存技术。那到底DDR3与DDR4内存性能差异如何？今天我们就来探究一下这个问题。
DDR4 内存所带来新变化： （1）数据预存机制16bit（架构与设计）
增加“数据预存“取值是内存性能提升的主要手段，从DDR的2bit到DDR2的4bit再到DDR3的8bit。但工程师们发现到DDR4时代，数据的预取数增加难度越来越大，DDR4直接上16bit并不容易。因此，在DDR4内存上采用了GDDR5的Bank Group设计。 实际上，内存是一个自带运输能力的仓库，要建立一个高速运转的仓库，有两点要求：一、仓库本身将货物从库房中存取的速度要足够快；二、这些货物可以很快地运输到外部。类似于大电商的物流中转站。以DDR3-1600为例，使用8bit 预存机制，相当于库房内部的一次可以存取8件货物，但它搬运机器效率很高，每秒可执行200次任务（即内存内部时钟频率为200MHz），因此仓库内部每秒总存取货物数量就达到8x200=1600件。不过，这也要求仓库外部也具备相应的能力。虽然它一次只能存取2件货物，但它每秒可以执行800次任务（即内存I/O总线时钟频率为800MHz），其货物存取总量也是1600件。这样整个仓库内外效率是一致的。 如果想要再提升货物的存取数量，除了工提作频率外，提升预取数也是可行的方法。然而DDR4内存由于设计复杂，存在发热量大等问题，很难再提升预存数。JEDEC采用一个取巧的设计，将这个仓库分为两个小仓库（最多可分四个），并为每个仓库配备独立的内部和运输工具，这就是所谓的Bank Group。显然采用这样的设计之后，就相当于将预存取数提升至2个8bit，也就是相当于16bit，货物预存取数量将翻倍。不过与之而来的代价是内存内部设计上复杂性增加，造成内存延迟增加，实际性能提升幅度不会达到理论数值。 我们知道延迟过大，可能造成内存性能不升反降。举例来说，假设DDR3-1600执行一条存取命令需要0.5秒，那么完全1600件货物存取任务的总消耗时间是1+0.5秒，每秒实际货物存取数量约为1600/1.5=1066件。如果DDR4 1600内存，可能准备时间达到1+2.5秒，尽管它16bit，每秒可存3200件，但每秒实际存取数量3200/3.5=914件，因此得出结论是，同频情况下，DDR4未必能胜DDR3，主要是跟DDR4提高的延迟有关。 （2）频率：最高达4266MHz 如果你真认为DDR4不如DDR3，那就错了。因为DDR4出身就比较”高贵“，虽然延迟比DDR3要高，但它并不想在同频上与DDR3相较量。DDR4内存采用了全新的点对点总线技术，可以尽可能多地使用内存位宽资源，并且能够支持更高的内存频率。DDR4起步频率就高达2133MHz，最高则是4266 MHz。更大的16bit预取+更高频率，完全能抵冲掉高延迟对性能影响。 （3）电压：1.2/1.35V电压带来更低功耗
DDR4内存采用了TCSE温度补偿自刷新技术TCAR（temperature Compensated Auto Refresh)，主要用于降低存储芯片在自刷新时消耗的功率。另外，DBI（Data Bus Inversion)数据总线倒置，用于降低VDDQ电流。这些技术能够降低DDR4内存的功耗。 当然作为新一代内存，降低功耗最直接的方法更新的颗粒制程以及更低的电压。DDR4运行电压则会进一步降低至1.2V，甚至还可能会有1.1V/1.05V的超低压节能版。就连DDR4-3000以上频率工作电压也仅有1.35V。对比DDR3，起步电压就达到1.5V，像DDR3-2133及以上高频必须得上1.65V或更高。 （4）容量：最大128GB DS（3-Dimensional Stack，三维堆叠）技术是DDR4内存中最关键的技术之一，它用来增大单颗芯片的容量。在使用了3DS堆叠封装技术后，单条内存的容量最大可以达到目前产品的8倍之多。举例来说，目前常见的大容量内存单条容量为8GB（单颗芯片512MB，共16颗），而DDR4则完全可以达到64GB，甚至128GB。 什么是DS（3-Dimensional Stack，三维堆叠）技术 3DS技术最初由美光提出的,它类似于传统的堆叠封装技术，比如手机芯片中的处理器和存储器很多都采用堆叠焊接在主板上以减少体积—堆叠焊接和堆叠封装的差别在于，一个在芯片封装完成后、在PCB板上堆叠；另一个是在芯片封装之前，在芯片内部堆叠。在散热和工艺允许的情况下，堆叠封装能够大大降低芯片面积，对产品的小型化是非常有帮助的。在DDR4上，堆叠封装主要用TSV硅穿孔的形式来实现。 （5）外观：金手指位置变化
DDR4的金手指发生明显的改变，不再是笔直的内存条，而是弯曲的。考虑到平直的内存金手指拔插不方便的问题，DDR4将内存金手指改成中间稍突出、边缘收矮的形状。在中央的高点和两端的低点以平滑曲线过渡。这样的设计既可以保证DDR4内存的金手指和内存插槽触点有足够的接触面，信号传输确保信号稳定的同时，让中间凸起的部分和内存插槽产生足够的摩擦力稳定内存。 针对网友提出的疑问，小编将在这里集中解答 1、5楼网友“Hao18684929235”的留言 2、13楼网友“广东省广州市网友”的留言 聊了这些多关于DDR4的新变化、新技术，到底DDR3与DDR4的性能差异在哪里呢？接下来，我们就一一来验证。 评测平台介绍与说明：
为了保证测试的准确性，我们特意为两个平台分别选用intel四代与六代旗舰定位的i7-4770 K与i7-6700K，虽然架构与主频不同，但同为四核八线程，且性能差距不大。搭配支持DDR3内存的Z97主板及支持DDR4内存的Z170主板。 测试的DDR3与DDR4内存： （1）DDR3-1600与DDR4-2133
对于DDR3来说，1600MHz频率已经成为起步频率。而DDR4起步频率正是2133MHz，我们来看看两者默认频率下性能如何？测试的内存分别为海盗船Vengeance DDR3-1600 与 芝奇Ripjaws V DDR4-2133 。 （2）DDR3-2400与DDR4-2400
2400MHz的频率对于DDR3来说，算是高频代表了，但对于DDR4来说，只是普通频率。那两个同频的情况下，两者性能又如何？测试的内存分别为KLEVV Genuine DDR3-2400 与 影驰名人堂DDR4-2400。 （3）DDR3-2666与DDR4-3600
DDR3中的高频，对比DDR4中的高频，看看DDR4能否凭借频率的优势胜出？测试的内存分别为KLEVV Genuine DDR3-2666 与芝奇Ripjaws V DDR4-3600。 DDR3-1600内存的测试平台：
DDR3-1600MHz早已取代1333MHz成为普条，海盗船Vengeance DDR3-1600默认时序为10-10-10-27-1T，这样时序相对1600MHz来说保守许多。市面上有一些1600MHz的DDR3内存 时序可以低至8-8-8-24-1T。由于测试时间紧迫，样品有限，我们选了比较中庸时序的DDR3-1600，成绩上会比低时序的1600差一些。 DDR4-2133内存的测试平台：
相比于DDR3-1600起频频率，DDR4的内存起步频率达到2133MHz。芝奇Ripjaws V DDR4-2133 默认时序15-15-15-35-2T，同样，对于DDR4-2133内存来说，这样时序同样保守，正好与DDR3-1600形成互补。它的工作电压仅1.2V。 基础频率PK：DDR3-1600与DDR4-2133 AIDA64 Engineer 5.20.3400软件测试： Sisoftware Sanda软件测试：
测试小结：首先指出，这是“不公平”的PK。“不公平”体现在频率上不一致，一个1600MHz，一个2133MHz，测试结果也没有悬念，DDR4-2133各项成绩均优于DDR3-1600，且在读取、复制、写入性能以及内存带宽上，领先的幅度较大。虽然DDR3-1600在时序上比DDR4-2133更先进，但频率上差距让DDR4表现更为出色 。不过，细心的网友注意到，在内存的延迟上，DDR-1600是24.9ns，而DDR4-2133是23.1ns，两者差距不明显。 通过这一组数据对比，主要看一看DDR3与DDR4在基础频率上表现到底如何，显然跟预想一致，DDR4-2133更优胜于DDR3-1600。 DDR3-2400内存的测试平台：
在DDR3内存频率中，从1600到2400MHz，内存还跨越了1866MHz、2133MHz，所以2400MHz已经是DDR3的高频代表。可以从CPU-Z中看到，DDR3-2400的时序已经上升到11-13-13-31-2T，电压达到1.65V。 DDR4-2400内存的测试平台：
前面提到，DDR4的起步频率就高达2133MHz，DDR4-2400MHz同样为基础频率。另外上，时序上，影驰名人堂DDR4-2400控制得比前面芝奇DDR4-2133更出色，CL12-13-13-35-2T，工作电压仅1.2V。 同频PK：DDR3-2400与DDR4-2400 AIDA64 Engineer 5.20.3400软件测试： Sisoftware Sanda软件测试： 测试小结： 在2400MHz同频的情况下，传说中的“高帅富”DDR4几乎没有占到便宜。DDR3-2400与DDR4-2400的内存带宽同为26GB/s，AIDA64的测试中，读取、复制及写入成绩对比来看，也是难解难分。 DDR3-2666内存的测试平台：
这一组测试，我们选用了DDR3-2666MHz高频，时序达到11-13-13-2T，工作电压为1.65V。DDR3如果再往2666MHz以上频率走，越来越困难，对内存的颗粒提出极高的要求，同时牺牲时序为代价。基本上，DDR3高频率停留在2666MHz，最高上到2800MHz，市面上很少能见到3000MHz以上的DDR3内存。 DDR4-3600内存的测试平台：
前面提到DDR4内存采用了全新的点对点总线技术，可以尽可能多地使用内存位宽资源，内存频率最高能达到4266MHz，这几乎是DDR3无法企及的。为了挑战DDR3中的高频，我们选用芝奇Ripjaws V DDR4-3600 高频代表，时序高达17-18-18-38-2T，工作电压1.35V。 高频PK ：DDR3-2666与DDR4-3600 AIDA64 Engineer 5.20.3400软件测试： Sisoftware Sanda软件测试： 测试小结：从AIDA64测试来看，读取、复制及写入性能从31740、32161.、39418MB/s飙升至48499、45055、52623MB/s，内存带宽也从27GB/s提升至36GB/s，两者高频的PK上，DDR4显然凭借着技术与架构上先进性，实现对DDR3的反超。这里又出现类似于上面两组测试的情况，就是延迟仅由19.9缩短至18.3ns，整体变化并不明显。 实际内存的总体延迟由内存工作频率与各延迟设置来共同决定。其中内存频率与内存总体延迟成反比，内存各项延迟设置则与内存总延迟成正比。就像我们超频的时候，虽然频率提升了，但由于内存延迟设定增加，将发生抵消作用，这就解释了就算是DDR4-3600MHz如此高频下，内存的总体延迟并没有特别明显的提升。 DDR3与DDR4对比性能测试总结：
通过上述三组数据对比看出，基础频率DDR4-2133胜于DDR3-1600；同频2400情况下DDR4与DDR3由于时序、延迟及数据预取上抵消，两者几乎难分胜负；被视为DDR3与DDR4现阶段高频代表的2666MHz与3600MHz对比，由于频率上绝对优势，DDR4-3600实现对DDR3-2666的碾压。 话又说回来，虽然现在市面有一些100系列主板既支持DDR3又支持DDR4内存，但后续随着Intel 新一代平台普及，DDR4全面取代DDR3，似乎只是时间问题。选DDR3还是选DDR4？这并不是由我们决定的。 如果将两者放在同一维度上比较也没太多意义，因为平台不同，规格不兼容，两者共通性不强。最重要的是，现阶段解决内存容量的前提下，内存的性能可谓是绰绰有余，三大件中，真正瓶颈与短板是：硬盘。摩尔定律向来跟内存性能没有太大关系…… |
||||||||||||||||||||||
正在阅读：DDR3与DDR4对比性能测试：一个时代的较量DDR3与DDR4对比性能测试：一个时代的较量
2015-09-02 00:15
出处：PConline原创
责任编辑：chenzhangwu
