系統記憶體怎麼選?詳解SRAM與DRAM的前生今世

　　 靜態隨機存取儲存器(Static Random-Access Memory，SRAM)和動態隨機存取儲存器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)是不同型別的RAM，具有不同水平的效能和價格，都在當今的SSD技術中發揮著關鍵作用。

　　簡單來說——

　　 SRAM： 是一種比DRAM更快，耗電更少的儲存晶片。

　　 DRAM： 是一種可以容納比SRAM晶片更多資料的儲存晶片，但它功率更大。

　　首先介紹一些背景。隨機存取儲存器(RAM)是與CPU直接交換資料的內部儲存器，放置在處理器上，為CPU運算儲存變數。RAM為請求資料(暫存器)提供儲存器位置，CPU接收帶有資料儲存器地址或位置的資料讀取指令，將地址傳送到RAM控制器。反過來，控制器將地址傳送到正確的路徑，開啟路徑電晶體並讀取每個電容器值。讀取的資料將傳輸回CPU的快取。

　　此讀/寫操作的速度稱為時序，更快的時序和更短的延遲會提供更快的訪問時間和低延遲。較慢的時序會帶來較低的效能和較高的延遲。頻寬也會影響效能：頻寬越大，RAM每秒處理的資料越多，時序越快。

　　 RAM結構：SRAM和DRAM

　　SRAM和DRAM以不同的方式處理資料，具體取決於資料的要求。

　　有許多下一代記憶體元件構建在這兩種技術之上，但在深入研究這些新技術之前，瞭解SRAM和DRAM的基礎知識非常重要。

　　• 什麼是SRAM?每個SRAM單元使用六電晶體電路(six-transistor circuit)和鎖存器(latch)儲存一個bit。(DRAM使用電晶體和電容器。)SRAM是易失性的，但如果系統通電，SRAM會保留儲存的資料而無需重複充電。它對電噪聲相當不敏感——電噪聲是會對所需訊號產生干擾的，不需要的電訊號。由於它比DRAM更快且成本更高，因此通常作為CPU記憶體快取或用於高階、高效能伺服器執行。SRAM系統記憶體通常為20-40ns(納秒)。

　　• 什麼是DRAM?每個DRAM單元使用一個電晶體另加一個電容器來儲存一個bit，因此DRAM具有非常高的密度。像SRAM一樣，DRAM也是易失性的。但與SRAM不同，DRAM每個單元必須週期性地進行重新整理(預充電)，因為電容器不可避免地存在漏電現象。它對電噪聲很敏感。DRAM速度通常在60ns到100ns之間——仍然很快，但比SRAM慢。一般速度為20-40GB / s，連續的單元充電，使DRAM比SRAM具有更高的時延和頻寬延遲。

　　隨著計算速度的加快，全快閃記憶體資料中心逐漸佔據主導地位，設計速度更快的RAM，將成為一個持續性的行業需求。這可能會影響這兩種RAM型別。SSD創新的快速發展需要不斷升級RAM效能。

　　 計算機中的SRAM與DRAM

　　 SRAM和DRAM演進

　　計算機的發展影響了計算機記憶體，讓我們來看看一些關於SRAM和DRAM的主要進展。

　　SDRAM——同步DRAM(SDRAM)是一種與CPU的時鐘週期同步的DRAM，因此儲存器的控制器確切地知道所請求的資料何時可以訪問。這減少了訪問時間並提高了記憶體效能。

　　DDR——雙倍資料速率SDRAM(DDR SDRAM，大家習慣稱DDR)是最新一代SDRAM。DDR提高了速度，降低了功耗，引入了重新整理機制，並增加了CRC等安全功能。例如，DDR3傳輸IO資料的速度比其自身單元的速度快8倍，從而實現更高的吞吐量和更快的速度。(但它並沒有降低時延)單晶片容量可以達到8GB，在實際應用中可有效翻倍至16GB。

　　SGRAM——同步圖形RAM(Synchronous Graphics Random-Access Memory)是一個同步時鐘的DRAM。SGRAM可以同時開啟兩個記憶體頁面，以較低的成本模擬雙埠。

　　VRAM——即Video RAM，是一種用於儲存計算機影像資料的DRAM。VRAM充當使用者顯示監視器和處理器之間的幀緩衝器。處理器最初從主儲存RAM讀取影片資料並將其寫入影片RAM格式。幀緩衝器將數字影片資料轉換為模擬訊號併傳送到顯示器。舊的VRAM是雙埠的，這意味著當CPU處理器將一個新的幀寫入影片RAM時，監視器將從影片中讀取並更新其顯示。

　　MDRAM——多BANK動態隨機存取儲存器(Multibank Dynamic RAM)，是一種高效能VRAM。傳統的VRAM透過呈現整個幀緩衝區以進行資料訪問，而MDRAM將記憶體劃分為32KB的BANK以進行併發訪問。

　　EDRAM——增強型DRAM，將SRAM和DRAM結合起來，為2級快取提供服務。通常是256位元組的SRAM與DRAM配對。資料讀取操作首先檢查SRAM以獲取所請求的資料，如果資料未儲存在SRAM中，再檢查DRAM。

　　WRAM——Window RAM(與Microsoft Windows無關)是一種高效能的雙埠VRAM。它的架構比傳統的VRAM產生大約25%的頻寬，成本更低。它透過高效能資料讀取實現此功能，用於文字繪製和塊填充等操作。它採用真彩色(24位色)，非常適合高解析度圖形顯示器。

　　EDO DRAM——擴充套件資料輸出DRAM(EDO DRAM)，預先讀取下一塊儲存器，同時將前一塊傳送到CPU，這使它的速度比標準DRAM快25%。

　　 RAM研究與開發

　　市場上還有許多其他不同版本的SRAM和DRAM，以及可能取代它們的顛覆性記憶體技術。這種情況還沒有大規模發生，但有一些公司已經開始將資源投入計算機記憶體研發。

　　例如，相變隨機儲存器(PCRAM)是一個有趣的嘗試，試圖取代DRAM。PCRAM聽起來像是科幻小說裡的元素。它可以在兩種狀態之間切換，一種是低導電性的原子結構，另一種是高導電性的結晶態。根據它們當前所處的狀態記錄0和1，藉此，處理器可以寫入和重寫資料。

　　在早期的實驗中，當受到強電流時，這些元素被證明是不可靠的。此前，中國科學院上海研究院的研究人員報告稱，他們將PCRAM效能提高了10倍，將其設計為非易失性的，並提高了可靠性。

　　這一進展的關鍵，是由鎂和鈧組成的形狀記憶合金(SMA)。儘管取得了如此大的進展，但PCRAM還不能與DRAM的多次寫入和重寫資料記錄相匹配。(這裡的“多次”，一般指“數萬億次”。)截至目前，SRAM和DRAM在CPU記憶體領域仍然處於“霸主”地位。

　　原文連結：