無論是個人電腦，或是今日最夯最潮的手持式智慧行動裝置，記憶體都是不可或缺的一項重要元件。隨著科技的日新月異、及製程與良率的提昇，記憶體效能有著讓人眼睛為之一亮的成長。

經歷過群雄併起的競爭與整併，目前記憶體顆粒大廠已是屈指可數，相較於十年前晶圓、顆粒的洛陽紙貴，今日模組在價格上的親民化與平價化，對於個人電腦的普及更是有著功不可沒的貢獻。

除此之外，記憶體技術各領域的應用，諸如：數位相機、隨身碟、手機等，皆對人類文明的發展，有著更上一層樓的突破。因此，筆者這次便淺談記憶體的發展史及其相關運用，希望大家能夠有一個基本而簡單的瞭解。

0與1、開與關

現行主流的電腦系統裡，運算作業一直都是二進位的世界。那麼，為何人類在日常生活中，大多時候都使用十進位，為什麼電腦卻要設計成二進位呢？這是由於0與1兩種資料訊號，剛好可以對應物理材料的「開」與「關」，使得實體世界與作業系統的運算空間，有了一道銜接的橋樑。

西元1958年對電腦來說是一個轉捩點，基爾比與諾義斯兩人創作出積體電路，將原本體積龐大、笨重的繼電器電路，轉化成模組化微晶片模式，透過積體電路上電流的通過與否，這兩種相反的狀態來表示0與1，也就是不通電代表0，而通電代表1。自此，每一條電路，都可以記錄成0與1兩種狀態變化（Binary Digit），而摘自Binary的B結合Digit的it，我們就定義命名積體電路工作時的數據資料為Bit，也就是今天眾人耳熟能詳的位元。

圖 / 積體電路是一種把電路，主要包括半導體裝置，被動元件等小型化的方法，將電路映射在半導體晶片表面上的積體電路，又稱薄膜（thin-film）積體電路。由獨立半導體裝置和被動元件，整合到基板或線路板所構成的小型化電路，稱之為厚膜（thick-film）積體電路。

二進位的大千世界

前文提到，在數位資料的組成當中，最小單位是位元（bit），每個位元即代表0或1，對應到實體元件上，即為開與關；自此，硬體世界裡的開與關，和軟體園地裡的0與1，兩者之間開始有了一個完美的映射關係（Mapping）。

如果我們把位元想像成電燈，那麼一個電燈的開與關，可用（0，1）作為描述符號；但如果要讓以無數電路組成的電腦，模擬出人類慣用的十進位數字規則（0 ~ 9），單只有一個位元是不夠的，至少必需要四個位元才足夠涵括。

像0101和1001就是兩種不同的變化，因此四個位元總共有24種組合，也就是有0 ~ 15共計十六種變化。雖說四個位元已經超過了十進位中0到9，總計十種字元的需求，但科學家卻也因此順水推舟，發展出一套十六進位的系統，將每個位元善加利用。

圖 / 四種主流進位制的等價關係表，稍懂原理即可輕鬆換算，以十六進位常見的FFFF為例，即為十進位世界裡的65535。

八位元 位元組

在十進位的基礎下，我們若想讓電腦使用26個英文字母及0~9共十個阿拉伯數字，則總共需要36個符號字元，換算之下，五個位元只能涵括32個符號字元，總計至少需要六個位元，方能加以完全涵括。

我們知道，六位元總共有六十四種變化，因此還可以表示英文字母的大寫與小寫與0 ~ 9十個數字。演變到最後，今日我們在鍵盤上所看到的各種符號字元，基本上都有一個對應的位元碼，像是英文字母大寫B，二進位表示即為01000010。

如此一來，只要使用者能把某件工作轉換成一個純粹的「運算問題」，並且以鍵盤組合出來的語言丟給處理器計算處理，那麼電腦就可以處理所有現實生活中，你所能夠以鍵盤組合出來的各種問題。

而這些鍵盤中常用的各種符號字元接近兩百五十六種，因此，很自然地我們便以八位元（2的8次方＝256）當成一個組合，稱之為位元組（Byte），成為資料傳輸的基本單位。而在記憶體內部，最小定址單位即為一個位元組。換句話說，你無法單獨存取1 bit的數據或者任意小於一個位元組的資訊。

圖 / 把八個位元想成八個電燈開關，每個電燈都有開與關（0與1）兩種狀態，因此總共有2⁸種組合，其中00000000是第一種狀態，11111111是第兩百五十六種狀態，總計有256種狀態。

圖 / 把八個位元想成八個電燈開關，每個電燈都有開與關（0與1）兩種狀態，因此總共有2⁸種組合，其中00000000是第一種狀態，11111111是第兩百五十六種狀態，總計有256種狀態。

GB級主流世代

上一段提到，位元組（Byte）是電腦內最基本的傳輸單位，再往後則每乘以1024來增加一個單位量級，換言之，1KB（Kilo Byte）等於1024 個 Byte、1MB（Mage Byte）等於1024個KB、1GB（Giga Byte）等於1024 個 MB、1TB（Tera Byte）等於1024 個 GB、1PB（Peta Byte）等於1024 個 TB、1EB（Eksa Byte）等於1024 個 PB。

在2015年的今天，無論是手機或是個人電腦，記憶體與處理器之間的數據傳輸，已經走到GB級世代。消費級主機板搭載2~8條記憶體插槽，X99晶片組最大支援至128GB，隨著處理器的運算速度越來越快，傳輸的數據越來越多，只要記憶體儲放資料的空間夠大，實體位址足夠應付傳輸數據不被塞滿，那麼作業的流暢度也就會更無滯無礙。

圖 / 最新一代X99晶片組，支援DDR4記憶體，容量最大至128GB，運算傳輸能力更加強悍。

「揮發性」與「非揮發性」記憶體

除了容量之外，依據資料儲存能力與電源存蓄關係，記憶體主要可以分為揮發性記憶體（Volatile memory）與非揮發性記憶體（Non-volatile memory）兩大類；前者指的是當電源供應中斷以後，實體位址所儲存的資料便會消失的記憶體；後者即使電源供應中斷，實體位址所儲存的資料也不會消失，再經供電之後，便能夠繼續讀取資料的記憶體。

因此，從定義來看，插在主機板上的隨機存取記憶體，屬於揮發性記憶體；而我們主機板上的BIOS，其實就是非揮發性記憶體的一種組成系統，

當電腦載入主要作業系統之前，BIOS（基本輸入/輸出系統）是各項硬體元件的基本 I/O 控制程序之集合。BIOS寄存在EEPROM （Electrically Erasable Programmable Read Only Memory︰電子式可抹除可編程唯讀記憶體）上，演變到現在，多數主機板已經進化到把BIOS軔體存放於Flash ROM上，進化成UEFI（Unified Extensible Firmware Interface，統一可延伸韌體介面）。與早期PROM、EPROM相比，EEPROM、Flash ROM與UEFI具有可重複抹除覆寫的特性，方便BIOS進行軔體更新昇級，同時讓主機板廠與使用者雙方，都得到了更大的彈性。

圖 / 到了UEFI時代，BIOS不再是以往冰冷的籃底白字紅警框，除了版面更加清晰，隨手一切就能發現導入了圖型化設計，使得初學者也能更加快速的入門、上手。

源自蛋糕的隨身碟

在非揮發性記憶體領域成就上，最值得一提的，莫過於現任中央研究院院士、手機四大發明者之一，同時也是前國家奈米元件實驗室主任的華人之光─施敏博士。西元一九六七年，施敏博士提出記憶體浮動閘（floating gate）技術，直接促成了Flash Memory的誕生，現在我們常用的隨身碟、手機、數位相機、MP3等，無處不見Flash Memory的蹤跡，而施教授創造Flash Memory的發想則來自一個有趣的靈感。

某日午餐過後，施教授看到同事點了一塊蛋糕當甜點，中間層塗了一層可口的奶油，此時大師腦中的蘋果突然掉下來，想到何不在MOSFET中間加一層很薄的金屬層（也就是所謂的浮動閘）。此時，只要施加電壓，便可將電子導入浮動閘內並保存其中，同時更意謂著電路的導通性發生改變！這層金屬浮動閘的上下兩側皆屬絶緣體，因此除非再度施加反向電壓，否則電子會一直保存在裡面，因此與DRAM相比，擁有即使斷電資料也不會消失的優點。

這個原理和前文所述一樣簡單明確，金屬層浮動閘內存有電子時，電路無法導通，可視為0，反之當電子衝出浮動閘時即形成電流，則視為1。自此，第一個「非揮發性記憶體」於焉誕生。

圖 / Flash Memory主要有NOR與NAND兩種；前者常見於主機板BIOS，後者常見於一般消費性電子產品，諸如︰手機、隨身碟、SSD等。圖為大廠OCZ Vector 150 240GB固態硬碟。

揮發性記憶體（Volatile memory）

王安電腦於今日已成為歷史的一頁，但在電腦產業萌芽初期，王安電腦研發出磁圈記憶體（Magnetic Core Memory）作為記憶體元件，這項劃時代發明徹底終結了電腦的真空管時代，進一步將電腦往半導體時代推進。隨後，施敏博士研發的快閃記憶體（Flash Memory）改善了磁圈記憶體巨大笨重的缺陷，有望取代磁圈記憶體的地位一躍而上。

不過命運之神總愛開玩笑，幾乎與施敏博士在同一時間，科技巨擘IBM於西元一九六七年，提出了DRAM（Dynamic random access memory，動態隨機存取記憶體）技術規格，隨後DRAM便在IT領域裡一炮而紅，而一直到二十年後，當諾基亞、易利信、摩托摩拉等手機大廠，在遍尋不著同時擁有輕薄、省電、具記憶性的通訊記憶體元件時，具備非揮發性特徵的快閃記憶體才一鳴驚人，立即迅速地被廣泛地推廣到各種領域，開發出不同應用層面的產品。

DRAM與Flash Memory最大的差異在於前者一個位元只使用一個電晶體，而電晶體僅能維持幾毫秒的帶電狀態，因此它必須不斷地充電，以保持記憶體內的資料不致流失，是故這是一種揮發性記憶體（Volatile memory）。另一種不可不提的揮發性記憶體，當屬SRAM（Static Random Access Memory，靜態隨機存取記憶體），我們在中央處理器上的Cache即可以見到SRAM的蹤跡。

圖 / 王安電腦的磁圈記憶體終結了電腦的真空管時代，曾經獨領風騷一時，並進一步將電腦往半導體時代推進。（圖片來源︰維基百科）

靜態隨機存取記憶體（Static Random Access Memory）

還記得今年夏天，胖達在中山大學電腦營授課時，有位同學提出了一個好問題。「既然處理器上的L1、L2 cache那麼快，為什麼電腦平台記憶體不用SRAM取代、提速就好？何必搞什麼DDR3、DDR4！」

胖達只能說，這真是個大哉問！簡單來說，SRAM和DRAM一樣，都是由電晶體組成，通路代表1，斷路代表0，但是SRAM 對稱式的電路結構設計，使得每個記憶單元內所儲存的數值，都能夠以比 DRAM 還要快的速率被讀取。除此之外，由於 SRAM 多數都被設計成一次讀取所有的資料位元（Bit），比起DRAM在高低位址間的資料交互讀取，SRAM在工作效率上快上許多。

然而，SRAM最大的問題在於每一個儲存位元需要六個電晶體；相較之下，DRAM的優勢在於結構簡單，每一個位元的資料都只需一個電晶體作動，因此在成本上，SRAM遠比DRAM所費不貲之外，除非製程技術提昇，使得電晶體體積（Die Size）縮小，同樣尺寸大小的處理器才能塞進更多的電晶體，換句話說，SRAM的容量才有辦法拉高。

因此每一世代，晶圓廠製程更加先進，處理器Cache容量也才能隨之受惠、提昇。從廣義來看，這就是Tick-Tock戰略下的支脈延伸，是故總結而論，SRAM相對於DRAM來說，由於所需電晶體較多，因此體積也大上不少，同時成本也隨之居高難下，是以在不同元件的設計取向上，兩者各自發揮自我優勢，互擅勝場。

圖 / 摩爾定律是指同一個尺寸相同的晶圓上，所容納的電晶體數量，因製程技術的提升，每十八個月會加倍，但成本不變；電晶體愈多則晶片執行運算的速度愈快，當然，所需要的製程技術也愈加具有挑戰性。

動態隨機存取記憶體（Dynamic random access memory，DRAM）

DRAM之所以被稱為動態隨機存取記憶體，是因為必需周期性地不斷充電，才能夠保持資料的完整；相較Flash Memory，DRAM存取時間較長，且不具有記憶性。不過，由於製造成本低廉，且當年IBM在制定規格時，又具有一鎚定音的影響力， 因此DRAM最後在這場競爭中脫穎而出，擊敗了施敏博士的Flash Memory，成為了電腦系統中記憶體規格的主流。

之後不斷螁變、進化，演義迄今，為個人電腦及伺服器所廣泛使用。其作用主要用以儲存執行作業所須的暫時指令以及資料，使電腦的中央處理器能夠更快速讀取儲存在記憶體的指令及資料，確保電腦能以更短的時間來執行作業，而使工作能夠更迅速地完成。

依製作方式的不同，DRAM可分為SIMM（Single In-line Memory Module，單線記憶模組），及DIMM（Dual In-line Memory Module，雙線記憶模組）；前者常見於早期的30 Pin或 72 Pin 的 DRAM，部份168 Pin的SDRAM亦為如此設計。SIMM特徵在於記憶體僅一面有IC與顆粒，而另一面則沒有，故又被稱為單面記憶體；而DIMM顧名思義則是兩面皆有IC與顆粒佈局其中，也是現今的主流設計。另一方面，一般在不討論特殊規格的情況下，比較普及的記憶體的種類大致可分為以下四大種類，分別是FP RAM (Fast Page RAM)、EDO DRAM（Extend Data Out Dynamic Random Access Memory）、RDRAM（RAMBus Dynamic Random Access Memory）、以及SDRAM（Synchronous Dynamic Random Access Memory）。

圖 / 其實Intel H61晶片組的發佈還是不久以前的事，但最多只能安裝兩條記憶體；就算是少數有四條記憶體插槽的H61主機板，也只能安裝4條「單面」SIMM記憶體。這樣的設計，使得當年許多DIY使用者在昇級時買錯記憶體，到了7系列晶片組後，幾乎所有的新產品都已取消類似設計。

圖 / 由上至下，這四種記憶體都曾是主流，現在已經是昨日黃花。其實每一種記憶體都有其可歌可泣的歷史，但礙於胖達確實是一個懶人，因此無法在這篇文章裡完整交待完畢，只能概述而過。

FP RAM（Fast Page Random Access Memory）

Fast Page DRAM，簡稱之為FP RAM，是被廣泛運用的一種改良型DRAM，主流區分為30pin與72pin兩種規格，工作電壓為5V，主流容量僅有1MB和2MB兩種可供消費者選擇。30pin FP RAM頻寬為8bit，常見於XT/AT 286、386和486電腦當中，一次至少需要安裝四條；72Pin FP RAM頻寬為32bit，需成對使用，常見於486電腦中，少數初期Pentium電腦也看得到72pin FP RAM的蹤跡，但並不常見。FPRAM在當讀取同一列資料時，可連續傳送行位址，不需再送列位址，即可讀出多筆資料，雖然在當時頗為先進，但在現在看來是非常沒有效率的工作方式。而FPRAM最大的問題在於時脈頻頸為66 MHz，跟不上中央處理器的工作速度，因此，隨著處理器的進化，FP RAM也隨著成為昨日黃花，消逝在歷史的洪流裡。

圖 / 這是特規4MB FPRAM，奠定了今日記憶體模組的外貌原型，當年要價所費不貲，但今天只能在工業控制領域偶爾瞥見了。

EDO RAM（Extend Data Out Dynamic Random Access Memory）

EDO RAM採用SIMM（Single In-line Memory Module）插槽，是美光（Micron）公司的專利技術；主要有72pin 和168pin之分，工作電壓為5V，頻寬32bit，由於自Pentium處理器以降，資料頻寬是以六十四位元運作，因此EDO RAM必需成對使用，只插單條無法運行。EDO RAM 是由傳統 FPRAM （Fast Page RAM） 中演化改善而來，在早期，資料傳輸運作上主要假設下一次的存取地址都是與上一次連續，系統運作前準備將資料妥善定址，這樣便能把記憶體資料吞吐量由前一代FPRAM 的最高 176MB/s 提升到 EDO RAM 的最高 264MB/s，因此，於1993 年後 EDO RAM 便開始取代FPRAM所扮演的角色，並常見於486及早期 Pentium 系列個人電腦，若家中還有十多年前的個人電腦，不妨可以拆開來一睹當年EDO RAM的風采。

EDO RAM當道時期，在x86領域裡Windows 95稱霸作業系統，這個時期主流Pentium處理器還只有三十二條定址線、晶片組沒有re-mapping技術，當然作業系統也就還沒有PAE功能，這因為規格制定者，沒有想到技術與製程演進速度如此之快的緣故，也因此後續還衍生出一些像是32位元作業系統有4GB記憶體容量上限等議題，但今日皆已解決、問題亦不復見。

圖 / 胖達人生第一次手動昇級的記憶體，就是圖中的EDO RAM規格，容量也只有少少4MB，回想起來已經是快要20年前的事了。

圖 / 由「工作管理員」與「系統內容」頁面都可以發現，測試平臺32位元Win 7僅預設支援約3.5GB記憶體容量空間，就算你像圖中插上6GB也無法完整抓到。

SD RAM（Synchronous Dynamic Random Access Memory）

當時在 Intel Celeron 系列以及 AMD K6 處理器以及相關的主機板晶片組推出後，EDO DRAM 的性能再也無法滿足系統需求，記憶體技術必須徹底革新，才能滿足新一代 CPU架構的需求；此時記憶體開始進入極為經典的 SD RAM 時代。

SDRAM所插的插槽叫DIMM（Dual In-line Memory Module），因其兩側的金手指所傳的資料不一樣故得其名，本體雖說是168Pin，但是單面只有84Pin；又由於當時常見的筆記型電腦，其DIMM為144pin，比桌上型電腦的還短，因此又常稱168Pin的DIMM為Long DIMM。

第一代 SDRAM 記憶體工作頻率為66MHz（PC66），但很快由於Intel和AMD的頻率之爭，將CPU外頻拉高到100MHz，所以PC66記憶體很快就被PC100記憶體取代，接著133MHz外頻的PIII以及K7時代於焉來臨。此外，PC133規範也以相同的方式進一步提升SDRAM的整體性能，大幅將頻寬提高到1GB/sec以上的理論值。由於SDRAM 為六十四位元之規範 ，正好對應處理器六十四位元的資料頻寬，也因此它只需要單條記憶體便可穩定工作，方便性進一步提高。在性能方面，由於其輸入輸出信號保持與系統外頻同步，因此速度明顯超越EDO記憶體。

不可否認的是，雖然SDRAM由早期的66MHz，發展到後來的100MHz、133MHz ，儘管沒能徹底解決記憶體頻寬的瓶頸問題，但在這個時期「超頻」已經成為DIY用戶永恆的話題，不少玩家將某些知名大廠的PC100記憶體超頻到133MHz使用，為中央處理器的超頻取得更大的成功及效益。值得一提的是，當時為了方便一些超頻用戶需求，市場上出現了一些 PC150、PC166規格記憶體。儘管PC133記憶體在當時高達 1064MB/sec已是劃時代的突破，但此時 Intel已經開始著手Pentium 4的接班計劃，是故PC133 SD RAM已然無法滿足時代的需求，於是一場「誰是接班人」的好戲緊接而來，DDR RAM和RAMBUS的奪位大戰硝煙瀰漫、一觸即發。

圖 / 這是一對512MB PC133 SD RAM，剛推出時售價約兩萬元台幣，反觀今日記憶體價格，DIY玩家們實在是太幸福了。

圖 / 筆電專用的短版記憶體，常稱之為SO-DIMM；現今主流DRAM SO-DIMM針腳為200Pin。圖為 Apacer黑豹金品系列。

DDR SDRAM（Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory）

Double Date Rate SDRAM 簡稱 DDR SDRAM，顧名思義也就是「雙倍速率 SDRAM」的意思。DDR SDRAM可以說是SDRAM的升級版本。DDR SDRAM在時脈訊號上升端與下降端時各傳輸一次數據，這使得DDR SDRAM的資料傳輸速度為傳統SDRAM的兩倍， 由於只多添加了下降端訊號，因此並不會造成功耗上的增加，另一方面，在定址與控制信號部份，DDR SDRAM則與傳統 SDRAM相同，僅在時脈上升端傳輸，為當時x86架構的相容性與速度的提昇作了最好的折衷。

DDR可說是作為一種在性能與成本之間妥協的解決方案，其戰略是迅速建立起牢固的市場空間，繼而一步步在頻率上高歌猛進，最終彌補記憶體頻寬上的不足。

第一代 DDR200規範並沒有得到普及，第二代PC266 DDR SDRAM（133MHz時脈×2倍數據傳輸＝266MHz頻寬）是由 PC133 SDRAM記憶體所衍生出的，它將DDR記憶體帶向大眾市場第一個高潮，直到目前，還有少數老用戶家裡使用的賽揚和AMD K7處理器都採用DDR266規格的記憶體，到後來的DDR333 記憶體也只屬於一種過渡規格，在數年前DDR400記憶體成為800FSB處理器搭配的基本標準，隨後的 DDR533 規格，則成為超頻用戶的選擇對象；而DDR400記憶體最後也一統江湖，成為了當時平台之主流。

圖 / 圖為512MB DDR400 SDRAM，這個時期的記憶體雖然仍不便宜，但比起RDRAM的天價已算相當平實。Kingston在這個時期累積了良好的口碑，佔有率大幅提昇，今日穩居霸主地位。

RDRAM（RAMBus Dynamic Random Access Memory）

RDRAM採用RIMM ( Rambus In-line Memory Module) 插槽，是由RAMBus與Intel共同提出，頻寬16bit，有184pin和168pin之分，工作電壓為2.5V，工作頻率達600、800、1066MHz，對應命名為PC600、PC800、PC1066規範。

RDRAM相對常見於Intel PIII、P4電腦。在當時原本很有發展潛力，在規格剛發表的同時，一時之間有和DDR SDRAM一決高下，取代SD RAM的趨勢；但由於製作成本過高，導致許多記憶體大廠興趣缺缺，而不巧屋漏偏逢連夜雨，當時Intel Pentium4處理器的效能又被AMD K7陣營壓著打，Intel陣營Pentium4處理器綁RAMBUS的作法，反應在零售價上，消費者也不願買單；一時之間，零售市場紛紛轉向AMD K7綁DDR SDRAM的高CP值組合，因此最終RDRAM在普及率上完敗給DDR SDRAM，因此市場上並不常見。

但值得一提的是，當年三大次世主機︰SONY的初代PS、SEGA的SS、與任天堂的N64的大戰之中，任天堂為了取得主機性能上的優勢，斷然採用了RDRAM這項高成本的產品，而SONY因見到RDRAM相較於其他規格記憶體上的優勢，在PS2主機上也使用了32MB的RD RAM。

圖 / 拆開任天堂64遊戲器，可以清楚發現RDRAM的身影躍然其上。

DDR二代目

隨著處理器性能不斷提高，眾人對記憶體性能的要求也愈加狂熱。因此JEDEC組織很早就開始醞釀DDR2標準，加上當時Intel首先發難，宣佈LGA775腳位的915/925平台開始對 DDR2記憶體的支持，於是DDR2記憶體便一路活躍記憶體領域迄今。

DDR2能夠在100MHz的頻率基礎上，提供至少400MB/s的頻寬，同時運作電壓僅1.8V，採用FBGA封裝，從而進一步降低電腦運作時所產生的廢熱，並拉高運行頻率。此外，DDR2融入CAS、OCD、ODT等新性能指標和中斷指令，提升記憶體頻寬的利用率。從JEDEC組織者闡述的DDR2標準來看，針對PC等市場的DDR2記憶體擁有400、533、667MHz等不同的時脈頻率，最後由於全球大廠的瘋狂競爭，一舉將DDR2記憶體的時脈標準拉高至800，甚至可見1000MHz等更高的頻率；時至今日，許多人正在使用的電腦上，主機版上正是插著DDR2 SDRAM。

圖 / 加入CAS、OCD、ODT技術規範的DDR2，相對元祖SDRAM與初代DDR，有更好的運作效率。

DDR三代目

DDR3 SDRAM是目前零售市場上，速度最快的記憶體種類。DDR3 SDRAM為了更省電、傳輸效率更快，使用了SSTL 15的傳輸介面，工作電壓是1.5V，採用CSP、FBGA方式封裝，除了延續DDR2 SDRAM的CAS、OCD、ODT、AL等控制方式外，另外新增了更為精進的CWD、Reset、ZQ、SRT、RASR技術規範。

CWD是作為寫入延遲之用，Reset提供了超省電功能的命令，可供DDR3 SDRAM記憶體，實行顆粒電路運作停止、進入超省電待命模式；新增了SRT，可程式化溫度控制記憶體時脈功能，SRT的加入讓記憶體顆粒在溫度、時脈和電源管理上比起DDR 2有了極大的進化，可說是在記憶體內，就做了電源管理的功能，同時，更讓記憶體顆粒的穩定度也更加提升，確保記憶體顆粒不會因工作時脈過高時，發生燒燬的情況。同時DDR3 SDRAM還加入RASR（Partial Array Self-Refresh）局部Bank刷新的功能，可以針對特定記憶體Bank做更有效率的資料讀寫，以達到更加省電的效果。值得一提的是，DDR3皆為RoHS規格，保證無毒無害，更為綠色環保盡了一份心力。

DDR3還新增了重置功能（Reset），重置是DDR3新增的一項重要功能，並為此特定準備了一個引腳。DRAM業界很早以前就要求增加這一功能，直到如今，才終於在DDR3身上實現。這一引腳使DDR3的初始化處理變得簡單。當重置命令執行時，DDR3記憶體可以停止所有操作，切換至最少活動量的狀態，可使DDR3達到最節省電力的目的。

圖 / DDR3時代開始，市場開始流行Kit包，簡單來說，就是廠商挑選好同規格、同製程之同對同捆包，在超頻使用上更加穩定可靠。

DDR4記憶體  X99初登場

推出甫半年的X99平臺，首次導入了千呼萬喚始出來的DDR4記憶體模組。相較於DDR3記憶體，DDR4無論在外在或是內在上，都有了更大幅度的演進。首先，DDR3以前的記憶體，金手指都是以平直態在使用者面前呈現，而DDR4在金手指設計上，則略顯彎曲狀。

在防呆缺口上，DDR4比DDR3更加接近中間位置，而在金手指接點數量上，DDR4計有284個，比DDR3的240個多出了44個。而也因此，DDR4每一個接點之間的間距，從1mm縮短至0.85mm。

或許是mini-ITX與大型散熱器的流行，DDR3記憶體金手指是整片平直地埋在DIMM槽內，其接觸面積相較DDR4更大，摩擦力相對DDR3也來得更大。這對於空間有限的mini-ITX機殼或是大型散熱器卡高度的情況下，DDR3記憶體有時在安裝或是拔除上，必需得先將散熱器卸除才能順利進行。

仔細觀察DDR4金手指，可以發現中間部位稍顯突出，邊緣則漸為收矮，在中央的最高點與兩端的最低點之間，則帶以微彎曲線渡過。如此一來，DDR4金手指既能夠與DIMM插槽保有充足的訊號接觸面，在拔除記憶體時，也比DDR3來得更加輕鬆許多。

圖 / 上方為DDR4記憶體，下方則為DDR3記憶體，仔細觀察，你會發現DDR4記憶體的金手指並非平直到底，而是中間略凸，兩邊微有彎曲。

Bank Group 分組架構

相信大家對於DDR4最感興趣的，莫過於速度與容量上的提昇。從技術白皮書來看，DDR4每針腳位都可提供每秒256MB/s（2Gbps）傳輸速度，作個簡單換算，DDR4-3200的頻寬高達51.2GB/s，相較於DDR3-1866高出71. (www.disabilityhelpcenter.org) 5％，更不用說白皮書中表明DDR4頻率可達4266MHz。

我們知道，DDR記憶體在歷代演化的過程中，都採用了所謂的資料預取機制（Prefetch），理所當然DDR4也採用了這項機制。不過，到了DDR4世代，在資料預取上仍沿用DDR3的8n資料預取架構而未有提昇，因此最終DDR4導入了Bank Group分組架構，作為提昇效能的手段之一。

簡單來說，在DDR4的每個Bank Group中，都可以獨立讀寫資料，而Bnak Group可以選擇2個或4個獨立分組，而DDR4模組內的每單位Bnak Group都可獨立進行讀取、寫入、喚醒及更新等動作。從數量來看，如果記憶體內部設計了2個獨立的Bnak Group，那麼資料預取則來到16n；如果使用了4獨立的Bank Group，那麼資料預取則一口氣提高到32n。

換言之，如此一來，資料吞吐量得到了直接有效的提昇，其等效頻率也隨之受益匪淺；一言以蔽之，Bnak Group是DDR4提昇頻寬的關鍵技術之一。

圖 / 前後兩代DDR記憶體比一比，其實兩者在高度上就略有差異。此外，PIN腳數量、間距也有所不同，雖然歷代DDR都採用了資料預取機制（Prefetch），但最終DDR4導入了Bank Group分組架構，作為提昇效能的手段之一。

DDR3 多點分支單流架構

我們知道，DDR3採用多點分支單流架構，在同一條通道下，可以掛上許多同樣規格的記憶體晶片。這樣的設計有一個明顯的缺點，那就是一旦當資料傳輸量超過通道最大承載量時，就算記憶體容量提高再多，效能的提昇也是微乎其微。

簡單打個比喻，記憶體容量就好像注水量，只要注水量不超過水管通道傳輸量，那麼只要專注提昇注水量，那麼最後累積的總水量就會得到顯著的提昇；反之，一旦注水量已大於水管傳輸量時，此時再去增加注水量，對於單位時間內的總水量成長幫助不大。

換言之，將記憶體從2GB昇級到4GB，你可以感受到速度變快、效能提昇，那是因為傳輸通道還沒被吃滿，但只要容量往上遞增，在效能增長上的邊際效益將會在達到臨界點時失去動力。總評而論，DDR3的多點分支單流架構，在記憶體容量上的增加很簡單，但很容易受到單條寶貴的傳輸頻寬之限制。

圖 / 簡單來說，DDR3採用了大水庫理論，所有資料集中到一根大水管後送出。而DDR4則採用點對點分流架構，當每一條水管流量都很大時，累加起來的流量則會超過單一條大水管，而且還能避免瓶頸效應拖慢整體效能。（圖片來源︰PC Watch）

DDR4 點對點傳輸架構

在新一代DDR4的架構中，傳輸部份採用了點對點設計，也就是每一個晶片控制器對應專屬唯一的通道，也就是說一口出水井只對應一條輸水管，如此一來就不易受到瓶頸效應所帶來的限制，模組設計更加簡化、頻率提昇也更加容易。

但點對點傳輸架構的缺點也相當明顯，因為點對點的每條通道只能對應一根記憶體，如果單條記憶體容量太小，就像單口井的出水量太少，那麼總傳輸量也就是總出水量，甚至有可能比DDR3的多點分支單流架構還要來得少。

解決這個問題的方法既直接又簡單，那就是只要把單條記憶體的容量拉大就好啦！老實說，鍵盤上打字增加容量很簡單，實務上可沒那麼容易，不然現在記憶體早就一條16GB滿街跑了。

行文至此，我們得把因果關係倒過來看，事實上，是晶圓廠的輪班星人們先發展出所謂的3DS（3-Dimensional Stack，3維堆疊）製程，使得單顆晶片的容量增加，最終才能使得整條記憶體模組的容量一舉擴大。也因為有3DS製程，DDR4導入了點對點傳輸架構，在效能提昇上才有了實質意義。

圖 / 因為有了3DS堆疊封裝製程，得以讓單條DDR4記憶體容量得以更大，才使得DDR4的點對點傳輸架構變得有意義。

TSV矽穿孔 3DS堆疊封裝

3DS製程最早由美光（Micron Technology）所提出，這是一種堆疊封裝技術，而實作手法又有兩種，一種是單顆晶片在封裝完成後，在PCB上堆疊；另一種則是在晶片封裝之前，在晶片內部進行堆疊。在絕大多數的情況下，只要能夠解決散熱問題，內部堆疊封裝可以一舉大幅降低晶片面積，最大的好處就是對於製成品的小型化有相當大的幫助。

在DDR4中，實現3DS堆疊製程的關鍵推手，則是矽穿孔技術（TSV，Through Silicon Via）。TSV以雷射或蝕刻為手段，在矽晶圓打出一個小洞，然後以導電材質穿過這個小洞後將多個矽晶圓串接起來，此後不同矽晶圓之間的訊號便得以傳輸。

也就是說，透過3DS製程的堆疊封裝，使得單一晶片的發熱量更小、容量更大，因此在DDR4記憶體模組成品上，就可以塞下更多的晶片，單條記憶體容量也隨之更大。

圖 / 透過TSV矽穿孔技術，得以將多個矽晶圓串接起來，最終在3DS堆疊封裝製程下，晶片的發熱量更小、容量更大。

低電壓 低功耗

DDR4的另一個亮點，則是能夠以相對DDR3更低的電壓運行系統。事實上，DDR4相較於DDR3，由於時代的進步，製程工藝本來就較為先進，以本次搭配測試的Kingstone DDR4記憶體為例，顆粒採用20nm製程，因此能以1.2V電壓穩定運行系統，相較於DDR3標準工作電壓1.5V，理論上擁有兩成以上的節能效率。

除此之外，DDR4搭載了溫度自更新回饋機制（TCSE，Temperature Compensated Self-Refresh），能夠降低晶片在自動更新時所需耗費的電力，同時，還導入了資料匯流反轉機制（DBI，Data Bus Inversion），使得VDDQ電流量得到有效控制。平心而論，DDR4在功耗上的下降，還是稱得上與時俱進。

圖 / 從圖表中，我們可以看到初代DDR一路演進到DDR4，對於功耗上的表現都有著亮眼的進步。

DDR3 / DDR4  效能、頻寬測試

由於目前Z97消費級平臺仍採用DDR3模組，而X99旗艦級平臺則採用新一代DDR4模組。為了測試出DDR3與DDR4之間的實力差距，胖達挑選了前後兩代旗艦進行測試。由於X79與X99對應的處理器腳位並不相容，所以我們還是先對處理器與記憶體同時進行簡易測試，藉以更加客觀的面向評論DDR3與DDR4之間的差距。

對於處理器在遊戲上的效能表現，胖達選擇使用3DMARK中的物理分數，作為一個評斷指標。此時，代表Haswell-E陣營的Core i7-5960X得分為14858，而Ivy-Bridge的代表Core i7-4960X，得分為13127。換言之，新旗艦Core i7-5960X領先幅度達13.19％。

在新一代DDR4記憶體的效能成長上，在Sandra記憶體頻寬測試項目中，搭載Core i7-5960X的X99平臺得分為45.23，而Core i7-4960X的X79平臺得分為51.17。換言之，DDR4在X99平臺上，領先DDR3在X79上的頻寬幅度達13.13％。

此外，在Sandra緩存與記憶體測試項目中，搭載Core i7-5960X的X99平臺得分為337.83，而Core i7-4960X的X79平臺得分為243.12。換言之，DDR4在X99平臺上，領先DDR3在X79上的效能幅度高達38.96％。

最後，胖達測試了新舊兩代旗艦在Sandra密碼學頻寬的效能表現，搭載Core i7-5960X的X99平臺得分為10.89，而Core i7-4960X的X79平臺得分為7.62。換言之，新旗艦Core i7-5960X效能領先幅度高達42.91％。

在溫度方面，胖達在室溫攝氏29度下，以ENERMAX ETS-40空冷散熱器，運行3DMARK。透過TES-1326S 紅外線測溫槍，量得X99平臺處理器為攝氏73.6度，X79平臺處理器為攝氏78.3度；透過松大變電家量測功耗，量得X99平臺功耗為218瓦，X79平臺功耗為223瓦。換言之，X99平臺功耗略低，但溫度卻低了不少，這意謂著每一分電力的轉換效率更高，因此廢熱更少，最終測量出來的溫度才會低上許多。胖達猜測，這應該是FIVR與DDR4兩項關鍵因素優化出來的結果，或許這也解釋了為何Core i7-5960X的TDP比起Core i7-4960X略高，但最後X99平臺功耗竟比X79還低的原因吧。

記憶體的未來展望

早些時候，IBM在公司成立百年的慶祝活動中，高調展示出Phase Change Memory（PCM），號稱「瞬間」記憶體，領先現行的隨機動態存取記憶之讀寫速度不可以道里計。

這種記憶體的原理，是運用一種特殊合金為開發基礎，其擁有結晶與不定形的兩種形態，這種合金在結晶時電阻低，導電性極佳；但在不定形狀態下電阻就變得很高。因此我們便可以利用通電來改變結晶或不定形，來重新訂義0與1的資料予以存取。這種方式在效果上類似憶阻器，和現行快閃記憶體相較之下，讀寫速度號稱可以快上近百倍，更驚人的是，可以穩定地使用數百萬個寫入循環，相對於現在流行的快閃記憶體約數幾千次壽命便宣告結束，可以說是讓人期待的新技術。除上述所言，IBM在PCM的基礎上，成功發展出一套方法，將原本在一個單位的電晶體上，僅能儲存1bit（0、1）兩種狀態，變成可以儲存2bit（00、01、10、11）四種狀態，如此一來，容量瞬間翻倍。除了在速度上更有效率之外，對於容量加大、資料保存的可靠度，都將再踏入一個全新進化的領域。

另一方面，英特爾攜手美光於今年7月29日宣布開發出新世代記憶體技術「3D Xpoint」，據稱其儲存的資料比 DRAM 高出十倍，讀寫速度與耐受度更是 NAND 型快閃記憶體的 1 千倍之多。

前文提到，NAND 型快閃記憶體在讀取或寫入資料時，不會直接針對某個記憶體單元動作，而是會讀取一整排的單元、然後選出需要的資訊。相較之下，3D XPoint 則可指定特定的記憶體單元，經由電路把資料存入，這些電路被排列成水平與垂直線，其交會點可為每一個單元創造位址。

根據英特爾的說法，3D XPoint以類3D架構之姿，將記憶體單元層層堆疊，而由於這些單元是被擺在電路中間，因此的確能夠設計出一個多層架構，把單元與電路依序堆疊起來。英特爾也預計今年下半年就能將 3D XPoint 記憶體原型配送給企業夥伴，產品將在 2016 年問世，希望胖達明年就有測試的機會，再和讀者們一起分享。

這次簡單地為讀者們介紹了記憶體的發展簡史，希望大家能夠對這項重要的儲存、傳輸元件有一個初步的瞭解，相信日後對你在記憶體超頻，或是研究固態硬碟的顆粒組成，可以有一個基本的認識。

圖 / IBM展出Phase Change Memory之原型，能否像DRAM一樣獨領風騷數十年，就讓我們拭目以待。

圖 / 胖達非常看好英特爾與美光所開發出來的3D XPoint技術，其儲存的資料比 DRAM 高出十倍，讀寫速度與耐受度更是 NAND 型快閃記憶體的 1 千倍之多，簡直就是外星科技的火力展示。