内存条DIMM的演变
在80286时代，内存颗粒是直接插在主板上的，采用DIP（Dual In-line Package）封装。随着技术的发展，到了80386时代，内存颗粒被集成到一片电路板上，形成了SIMM（Single-Inline Memory Module）。这种模块化设计不仅简化了安装过程，还为DIY市场的兴起奠定了基础。当时，SIMM的位宽为32bit，即每次能读取4个字节。随着奔腾系列处理器的出现，位宽增加到64bit，即8个字节，这也促使SIMM进一步演变为DIMM（Double-Inline Memory Module）。这种形态一直沿用至今，成为了内存条的标准形态。
DIMM作为内存条的一种形态，又细分为多种类型。例如，RDIMM（Registered DIMM）是一种主要用于服务器的寄存型模组，它分为有ECC和无ECC两种版本，但市场上以ECC版本为主。UDIMM（Unbuffered DIMM）则是我们平时所使用的标准台式电脑DIMM，通常为无ECC版本。此外，还有SO-DIMM（Small Outline DIMM），专为笔记本电脑设计，同样分为ECC和无ECC两种版本。另外，Mini-DIMM是在DDR2时代出现的一种新型模组，它是Registered DIMM的缩小版本，主要应用于刀片式服务器等高端领域。
为了适应笔记本电脑内部狭小的空间，SO-DIMM内存条的长度被精心设计为67.6mm，采用侧式插入方式，便于安装。
同时，其高度也有多种选择，以满足不同的应用需求。一般的内存条高度为30mm，而VLP（Very Low Profile）内存条的高度降低至18.3mm，进一步优化了空间占用。对于需要放入1U刀片服务器的场合，ULP（Ultra Low Profile）内存条则将高度矮化至17.8mm，确保了兼容性和稳定性。
小张已经确认了10600S中的S代表SO-DIMM，这让他松了一口气。但紧接着，他提出了另一个疑问：“那速度方面呢？DDR到DDR4的升级又是怎样的？”
为了解答小张的疑问，我们简要回顾了DDR SDRAM的发展历程。DDR SDRAM，全称Double Data Rate SDRAM，意为“双倍数据流SDRAM”，是在原有SDRAM技术基础上进行改进的产物。正因如此，DDR凭借其转产成本优势，成功击败了昔日的竞争对手RDRAM，成为了当今内存市场的主流技术。与传统的SDRAM相比，DDR SDRAM在一个时钟周期内能传输两次数据，从而显著提升了数据传输效率。
从DDR到DDR4，核心区别在于传输速率。随着时钟周期的缩短，传输率持续攀升。同时，电压也在逐步降低。值得注意的是，命名规则各有差异。多数台式机DIMM制造商采用DDRx-yyy的标记方式，其中x代表代数，yyy则指数据传输率。而对于SO-DIMM和RDIMM等类型，则常以PCx-zzzz的方式命名，这里的x同样代表代数，zzzz代表最大带宽。由于DDR的位宽为64位，即8个字节，因此zzzz等于yyy乘以8，而yyy又是时钟频率的两倍。以下表格详细展示了各代DDR内存的速度情况：
因此，小张所提到的内存条上的PC3-10600S标识，实际上代表的是DDR3代、1333MHz的SO-DIMM内存。当小张进一步询问“2R*8”所代表的含义时，我们引入了内存的基本结构概念。从内存控制器到内存颗粒的内部逻辑，可以简要概括为：channel（通道）＞DIMM（内存条）＞rank（行）＞chip（芯片）＞bank（组）＞row/column（行列）。这样的结构层次，有助于我们更深入地了解内存的工作原理和性能特点。
接下来，让我们通过一个具体的例子来进一步阐释内存的基本结构。
在这个例子中，我们深入探讨了内存的基本结构。一个i7 CPU支持双通道，意味着它可以有两个独立的内存通道。每个通道上可以插入两个DIMM模块，而每个DIMM模块由两个rank组成，每个rank包含8个芯片。现在多数内存颗粒的位宽为8bit，而CPU的带宽为64bit，因此通常8个颗粒组成一个rank。以小张的内存条为例，2R X 8表示它由2个rank组成，每个rank包含8个内存颗粒。已知整个内存容量为4GB，我们可以推算出单个内存颗粒的容量为256MB。
接下来，我们进一步解释了RDIMM和LRDIMM的不同之处。
RDIMM（Registered DIMM）和LRDIMM（Load-Reduced DIMM）是两种不同类型的内存模块，它们在结构和技术上有所不同。通过对比不同类型的内存模块，我们可以更深入地了解内存技术的多样性和复杂性。
3DS代表3维堆叠技术，若一个Chip中能容纳4个Die，那么该如何命名这样的DIMM呢？考虑到一个Die的容量为1GB，一个Chip则为4GB。若使用32个这样的Chip，最大容量可达到128GB。此外，若一个Die的位宽为X4，那么32个Chip乘以4个Die再乘以X4位宽，再除以64，即可得出8Rank。因此，这样的DIMM可以被称为3DS LRDIMM 128GB 8R4或3DS RDIMM 128GB 8R4。
接下来，我们谈谈RDIMM和LRDIMM的区别。
RDIMM（Registered DIMM）通过缓存地址和控制总线来优化信号质量，而LRDIMM（Load-Reduced DIMM）则更进一步，将数据总线也进行缓存，从而进一步提高可靠性。
此外，我们还需了解DDR4协议标准中关于DRAM颗粒容量规格的规定。
DDR4颗粒的容量规格有四种：2Gb、4Gb、8Gb和16Gb。每种规格都提供了不同的地址数量和位宽组合，以灵活适应各种配置需求。例如，一个2Gb颗粒就有三种不同的组合方案：512M容量、256M容量和128M容量。这种灵活的配置方案使得DDR4颗粒能够满足不同嵌入式系统的需求。
一般系统的位宽需求是固定的，而颗粒容量和位宽则是一对可灵活调整的参数，它们共同决定了系统的容量。以32比特系统DRAM位宽为例，我们可以看到不同容量颗粒的系统容量和所需数量。值得注意的是，尽管采用更大位宽的颗粒可能会降低单个颗粒的地址数量，但在系统位宽固定的情况下，决定系统容量的仍是颗粒的地址数量。系统容量计算公式为：系统容量 = 地址数量 x 系统位宽。
接下来，我们深入探讨颗粒的地址数量及其寻址方式。
DDR4的寻址结构由COL-ROW*-BANK-BANKGROUP组成（在单个RANK的情况下）。其中，COL（列）指DRAM内部存储阵列中的列，ROW（行）指DRAM内部存储阵列中的行。需要注意的是，颗粒的列数量是固定的，为1024列，而行、Bank(BA)、Bank Group (BG)的数量则随位宽的不同而有所差异。
此外，不同位宽的颗粒具有不同的地址线数目。例如，4位宽的颗粒具有15根行地址线、10根列地址线、2根BA地址线和4根BG地址线。同样地，8位宽和16位宽的颗粒也各有其独特的地址线配置。这些地址线通过对应的寻址方式，如行、列、BA以及BG的寻址，共同构成了DDR4的复杂寻址结构。
由于行列地址线在DDR4中是分时复用的，以x4位宽为例，它共享了A0-A14地址线中的A0-A9部分。因此，x4位宽的总地址数量为15（行地址线）+ 2（BA地址线）+ 2（BG地址线）= 19。值得注意的是，尽管使用小位宽颗粒能够拼接更多颗粒，从而提供更大的系统容量，但这也意味着需要更多的地址线。这是追求更大系统容量所必须付出的代价，或者说是在系统容量与地址线数量之间的一种权衡。
此外，不同位宽的颗粒在总地址线数目上也有所差异。例如，4位宽的颗粒需要19根地址线，而8位宽和16位宽的颗粒则分别需要18根和17根地址线。这些地址线通过复杂的寻址方式，如行、列、BA以及BG的寻址，共同构成了DDR4的寻址结构。
接下来，我们进一步探讨了DDR4支持的四种容量颗粒的属性。
从图中我们可以看到，16Gb容量的x4颗粒在地址线上具有优势，它使用了最多的地址线，即A0-A17。然而，值得注意的是，并非所有PHY都支持A17地址线。此外，所有颗粒的每个Bank Group都包含4个Bank，但x16颗粒只支持2个Bank Group，而其他颗粒则支持4个。这种差异也影响了选址的数目和复杂性。
另外，页大小也是一个值得关注的指标，它表示一行中数据的数量，与位宽紧密相关。
具体来说，页大小等于位宽乘以列数量，也就是位宽乘以1K。以x4颗粒为例，其页大小计算为4b乘以1K，即4kb，等于512B。当顺序读取同一页内的数据时，读取操作之间几乎无需等待。然而，若要读取非同页数据，则需遵循协议要求，在两次读取之间加入适当的延迟。
例如，在x16颗粒上，可以无延迟地连续读取2KB数据。但对于x8颗粒，读取完1KB数据后，需要关闭当前行并打开下一行，才能继续读取后续数据，此时增加的延迟大约在几十个时钟周期的量级。
此外，我们之前提及的4b乘以512M来描述x4颗粒，这是从颗粒位宽和地址数量的角度出发。而在协议中，这种描述通常被称为512Mb乘以4。这两种表述方式并无本质区别，只是表述的角度略有不同。
接下来，我们将探讨一种容量特殊的DDR4颗粒——DDP颗粒。
这种颗粒采用特殊封装技术，将两个x8 Die封装在一起，从而提供高达32Gb的单个颗粒容量。两个Die的CA（命令和地址引脚）在封装内部进行堆叠或焊接，而DQ和DQS引脚则分别引出至封装外部。这种特殊的封装方式使得DDP颗粒在容量上具有显著优势。
协议中明确指出，除非具体产品手册另有说明，否则DDP颗粒的特性、时序与普通的x8颗粒保持一致。DDP颗粒的优势主要体现在节省PCB空间和简化布局布线方面。此外，由于两个Die之间的CA信号延迟极小，甚至可能无需进行两个Die间的write leveling训练。然而，DDP颗粒也存在明显劣势，包括可能因额外封装成本而导致的价格上升。这可能导致用户数量减少，进而加剧价格上升和供货不足的问题，形成半导体行业的典型恶性循环。因此，在综合考虑这些因素后，我们的客户最终决定放弃采用DDP颗粒的计划。
