新世纪内存技术争霸战 |
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| 2003-05-31 |
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近来INTEL公司遇到了有史以来最大的挑战，在CPU和芯片组两条战线上到遇到了强有力的挑战。去年AMD的Althon逼得INTEL手忙脚乱，好不容易乘AMD忙于CPU产量和周边完善的工作时推出PⅢ Coppermine，暂时稳住了阵脚。但人们此时发现Coppermine似乎没有合适的INTEL芯片组支持。INTEL原打算在强大的BX芯片组退役后用i820的Rambus架构一统天下，但由于被发现使用3条内存出现问题，从而在发布前一天宣布延期。而VIA抓住这一时机推出了支持PC133的Apollo Pro133、Pro133A芯片组，和INTEL年事已高的BX和面向低端的i810芯片组人们发现Apollo Pro133（A）具有更强的性价比，INTEL为此失去了大量的市场份额。
INTEL是无法忍受这一现实，先是推出了i810芯片组的升级版本i810E支持133MHz外频；然后又在i820中加入“MTH”芯片支持SDRAM。INTEL打算今年上半年用i810、i810E整合芯片主导低价市场，440BX和i820覆盖主流电脑市场。但是i820芯片+“MTH”芯片的组合显然不是很好地解决方案，商用市场对[2+2]主板的兴趣有限，试问有多少公司愿意公司愿意先插两条DIMM，隔一阵看RIMM价格便宜了，就把DIMM丢掉，改用RIMM呢？何况原用于支持RDRAM的i820芯片组，在加上“MTH”支持后支持SDRAM的性能十分平常，甚至还比不上BX芯片组。最近又有一条对INTEL很不利的消息，INTEL公司5月10日宣布，i820芯片组MTH出现瑕疵，由于MTH晶片对于电脑内杂讯的敏感度非常高，因此，部分采用MTH晶片的i820主机板，在电脑系统杂讯过高时，将可能造成MTH晶片对资料传输内容的误判，因而造成电脑系统的当机、重新开机、甚至对硬碟内的资料造成毁损。INTEL已通知主板厂商，INTEL将赔偿主板厂商的元件损失，接受MTH退货。INTEL宣称此举所需费用约为1.1亿美元，而据业内人事分析应需要3亿美元。INTEL停止了“MTH”芯片的生产，这意味着i820芯片组失去了对SDRAM的支持。而RDRAM的价格居高不下，RDRAM架构市场无法在段时间内打开，INTEL目前在芯片组市场的处境相当难堪，在VIA的强大攻势下INTEL大有失去在芯片组市场上的主导地位。
其实INTEL在芯片组市场的不利局面并不是因为i820的技术落后，而是太超前的技术应用到了i820芯片组中，于是使i820成为一款脱离实际的产品。i820就本身的芯片结构来说是很先进的，它打破了传统的南、北桥架构而首次推出了中心控制型芯片组架构，这种架构与南、北桥型芯片组的最大差别是中心控制型芯片组中三片集成电路之间的连接改用数据带宽为266MB/s的新型专用高速总线 ，而且它不再需要和PCI设备争抢有限的PCI总线带宽，连接在ICH上的各种设备或器件需要与CPU处理交换数据时可以不经过PCI总线而直接通过内部专用高速总线进行。真正让INTEL吃尽苦头的是Rambus内存架构，如今的电脑技术可谓是日新月异，CPU的主频几个月就能翻一番，上到一个新高度。作为电脑必不可少的不见之一的内存，其速度从486时代开始，就开始跟不上CPU发展。DX2芯片频率为内存两倍，而现在的P3-600的工作频率更是达到了内存六倍。从这种情况看来，内存的性能已成为决定微机整体性能的一个决定性因素。为了使电脑的整体性能有较大的提高，内存技术已成为各相关厂家竟相研究的课题。
其实RDRAM（RAMBUS DRAM）早在几年前，就由RAMBUS公司制定出来了。RAMBUS公司是美国加州一家专门从事高速DRAM技术的公司，早在十年前他们就开始了高速DRAM技术的研究工作。1996年Intel公司对RAMBUS公司的Direct RAMBUS内存技术产生了浓厚的兴趣，1996年底其DRAMBUS DRAM技术获得了Intel的认可和支持，从此DRAMBUS DRAM成为了新一代内存标准的有力竞争者，Intel公司为使其成为新一代的内存标准作了不懈的努力。
DRAMBUS DRAM包括下面三个关键部分。(1) RDRAM芯片；(2)RAMBUS接口；(3)Rambus通道。RAMBUS接口主要用来连接RDRAM芯片和RAMBUS通道；RAMBUS通道的作用是向内存控制器传输数据。RDRAM与传统DRAM的最大区别在于引脚定义会随命令而变，同一组引脚线可以被定义成地址，也可以被定义成控制线，其引脚数仅为正常DRAM的三分之一。当需要扩展芯片容量时，只需要改变命令，不需要增加芯片引脚。这种设计减少铜线的长度和数量，使数据传输中的电磁干扰大为降低，有效地提高内存的工作频率，使RAMBUS DRAM可以支持400MHz外频。同时RDRAM利用上升沿和下降沿两次传输数据，可以使数据传输率达到800MHz。再考虑到其16位的数据总线，所以实际的数据传输率应该在400MHz×2×2Byte=1.6GB/s。这样的数据传输率是PC100的两倍。
当年，Intel公司制定了PC100标准，使外频进入了100MHz时代 。但随着RDRAM的推出，Intel放弃了PC100的发展计划，潜心于开发RDRAM和与之配套的820芯片组。Intel公司深知掌握标准就等于掌握市场的道理，如果RDRAM能成功的推广，RUMBUS公司可通过向芯片厂家技术受权，收取一定的设计费，同时这些芯片厂家还须按实际销售额交付专利使用费。RDRAM一旦流行起来，RAMBUS公司将是财源滚滚，Intel公司也将成为最大的受益者。
作为一种新的内存技术，RDRRAM存在一定的缺点：其一是高频率带来的高热量。为了解决这一问题，第一款的RDRAM竟需要自带散热风扇。英特尔不得不采用一种拆衷的方案，它把RDRAM设计成4种能耗模式：激活、待命、打盹和关闭。RDRAM只在激活模式下全速工作，当数据传输完毕后，模块电压自动降低为仅可保持数据及响应的幅度进入待命模式。这一方式降低了模块的发热量。但这却带来了另一问题，当下一次数据来临之后，RDRAM用100ns的时间回复到激活状态。恢复过程损失的时间将减弱内存子系统的性能；其二是RDRAM需要全新的RIMM插槽。其实RDRAM最致命的缺点是其价格，由于RDRAM的生产需要新建生产线同时还需要付出高额的专利费用，再加上RDRAM的市场还没有打开，内存不愿意批量生产，这都造成了RDRAM的价格居高不下。目前，虽经过今年四月的大幅降价，它仍然是SDRAM的4～5倍。
这些使得RAMBUS一直无法大批量进入市场，820芯片的推出也数次被推迟。然而与此同时，CPU的主频却被推到了650MHz以上，而内存的频率却停留在100MHz上，发烧友们早已按耐不住寂寞，将外频超到了133MHz甚至153MHz。同时AGP4x的推出，成为要求外频提高的强大动力。AGP 4x的数据传输速率达到1.066GB/s,100总线的内存的最大数据传输率只能达到800MB/s，这无法充分发挥AGP 4x的威力，因此市场需要更快的内存。这时非Intel公司阵营抓住了这一机会，VIA公司联合Micron、NEC、三星、三菱、现代、日立、西门子、LG、IBM等一大群芯片制造厂家，共同制定了一套PC133内存规范。
PC133实际就是一种SDRAM内存的新标准，它沿用了PC100的大部分规范，其最大改变就是速度提高了。PC100中要求内存芯片至少是10ns的，在PC133中将这一标准提高到7.5ns，它使用的外频是133MHz，因此其理论数据传输率为：133MHz×8Byte=1.06GB/s。虽然其传输速率低于DRAMBUS，但由于在引脚、PCB板、电气协议等方面和PC100没有多大区别，这使其和原有系统不存在兼容问题，同时研发费用也较少，能迅速投入市场。PC133的这些优点受到了内存厂家的欢迎。
尽管PC-133在技术上没有RDRAM先进，在数据传输速率方面低于RDRAM，但PC-133却是SDRAM内存的自然演变，厂家不用改换设备就可以进行批量生产，这一优点使PC-133迅速流行起来。在PC133标准推出后，VIA首先推出了支持PC122的VIA ApolloPro133A芯片组，采用VIA ApolloPro133A芯片的主板有丽台Winfast7000VX、微星MS-6199VA、则灵M6V2、SIS630等。随后VIA为AMD公司的Athlon设计了SLOTA芯片组--Apollo KX133支持PC133，后来AMD和VIA公司来了个优势互补，将Althlon设计成了一个北桥用AMD的AMD751，南桥使用Apollo KX133的VT82C686A芯片，不但使CPU在指令和数据方面的协作更加紧密，而且让Athlon的系统可支持AGP4x和PC133。Intel公司在其820芯片组由于DRAMBUS的问题无法令人满意的情况下，不得不正视现实，首先他在820和840芯片组中加入了支持SDRAM的功能，接着公布了其第一款支持PC133 SDRAM的芯片组850。
但是从性能上说PC-133是无法和RDRAM相比的，PC-133的成功在于它是SDRAM自然发展的结果，具有更强的性价比。而RDRAM在性能上的优势是非常明显的，它并不象PC-133、DDR那样只是对SDRAM的延续，而是采用了一种全新的架构来提升内存的带宽。单通道的RDRAM的数据传输带宽为1.6GB/s，大大高于PC-133的1.06GB/s，更何况RDRAM可以多通道并行工作（两个通道的RDRAM数据传输带宽达到3.2GB/s，四通道的RDRAM数据传输带宽将达到***GB/s！）。而SDRAM由于数据采用并行传输方式，其64位的数据总线给主板的制造工艺带来麻烦，制造成本也会大幅上升。SONY前段时间推出的PS2游戏机就采用了RDRAM，它采用两个RAMBUS通道，数据传输带宽为3.2GB/s。但对目前的CPU而言RDRAM似乎有点超前，从实际情况来看，将现在的PⅢ600应用于Rambus架构下获得的性能提升十分有限，大约在5%左右，而对PⅢ1G将获得15%的性能提升，在将来的Willamette 1.5G中将有30%的提升。对现在的用户来说花费数倍于SDRAM内存的钱，只能获得很低的性能提升。这为PC-133带来了机会，使得PC-133获得了很大的成功。
在Intel放弃对PC100的发展时，VIA公司将其发展到PC133而获得了成功。但PC-133采用SDRAM，其缺点也是显而易见的，SDRAM的固有缺点限制了它以后的发展空间，其最终逃脱不了被淘汰的命运，PC133只能作为一种低廉而自然的过渡方案。为了保持持久的发展能力，VIA将其注意力转移到了DDR SDRAM(Double Date Rate，双数据率SDRAM)。DDR SDRAM是目前SDRAM的更新产品，其核心建立在SDRAM的基础上，但在速度和容量上有了提高。与SDRAM不同之处在于：首先，它使用了更多、更先进的同步电路。其次，DDR使用了Delay－Locked Loop (DLL，延时锁定回路)来提供一个数据滤波信号。当数据有效时，存储器控制器可使用这个数据滤波信号来精确定位数据，每16次输出一次，并重同步来自不同的双存储器模块的数据。它允许在时钟脉冲的上升沿和下降沿读出数据，因此它能在相同工作频率上得到两倍于SDRAM的数据传输率。前段时间NVIDIA公司推出了Geforce256显示芯片，具有支持DDR内存的能力，其DDR板的显卡的性能和SDR板的显卡相比有明显地提高，使人们初步认识到了DDR内存的威力。目前，DDR SDRAM已经有了PC1600（100MHz）、PC2100（133MHz）等多种标准。PC266的数据传输率可达到133MHz×2×8Byte=2.1GB/s。为了更有效地扩展带宽，DDR内存的管脚数将从现在SDRAM的168针增至184针，也就是说现有主板无法直接使用DDR内存。不过这种改变所造成的负面影响微乎其微，毕竟不会有多少人想在旧架构的主板上使用先进的内存。DDR的工作电压仅为2.5V,比现在的SDRAM的3.3V要低得多。
和RAMBUS相比，PC266是一个开放的协议，厂家不需为专利付费，欢迎的声音颇多。同时由于DDR储存器在封装、测试及模组基板设计等方面与SDRAM几乎相同，因此估计未来与SDRAM的平均售价将只有5%左右的价差。不久前，Intel也不得不表示支持DDR。看来固执的坚持对RDRAM和820使Intel付出了沉痛的代价。Intel证实现实的态度值得称赞，毕竟市场是现实的，Intel当然不愿意将自己的市场地位拱手相让。目前许多世界著名厂家包括：IBM、Samsung、Micron、Infineon、NEC等及半导体工程协会JEDEC都认可DDR为下一代内存标准。
看来内存架构的竞争将延续下去，只是RDRAM的对手将变为更加可怕的DDR。PC2100的数据传输带宽为2.1GB/s，比单通道的RDRAM的数据传输带宽还要高，看来RDRAM的处境似乎越来越不妙了。价格将仍是RDRAM的主要问题，近来Rambus放下身段，四处游说内存厂家上马自己的产品，过去只有韩国三星（Samsung）批量生产RDRAM，但今年一季度，通过Rambus认证的存储器厂商已有五家，它们将在第二季度投入批量生产，到今年底批量生产RDRAM的厂家将增加到7家。这有助于RDRAM价格的降低。4月底RDRAM价格大幅下降，最高跌幅达到35%，不过相对主流SDRAM，两者之间的价差仍有4～5倍。下半年VIA将推出多款支持PC2100标准的芯片组，DDR的攻势凌厉。INTEL也将在面向服务器市场的Willamette系统中使用DDR内存，这是否意味着INTEL已经对RDRAM失去信心了呢？同时DDR在显卡中的成功应用，使DDR内存的优良性能为DIYer所熟悉。也许i820芯片组的“MTH“出现问题对INTEL来说并不都是坏事，i820重新回到专攻RDRAM上来，这样是否能使INTEL专心于推广RDRAM呢？DDR内存在声势上似乎占据了先机，但IT业变化迅速，同时RDRAM有得到了IT业巨头INTEL的支持，因此现在还不能说已分出高下，但如果INTEL和RAMBUS不能有效地使RDRAM的价格下降，进入以量制价的良性循环的话，DDR将顺利地登上主流的宝座。
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