揭秘 DDR5内存没你想的那么简单！

DDR5上市届满一年了，很多读者只是知道未来DDR4将被DDR5取代，原因是带宽更高。但是，真的只有带宽更高那么简单吗？它明明和DDR4“长得很像”，为什么却不能兼容？这些，都需要我们进一步去认识内存本身，才能找到真正的答案——DDR5内存远比你想象的复杂。

内存究竟有什么作用？

在基本的计算机理论基础知识中，我们都知道处理器是负责运算的单元，而存储器则是用来交换、保存数据的。只要计算机在运行，它的操作系统无论是远古的DOS还是最新的Windows11无一例外，都需要把待处理的数据从内存调运到处理器中进行计算，计算完毕则又需要将这些数据通过内存传送出去，很大程度上，内存的运行决定了计算机是否稳定！虽然听起来，它只起到了暂存的作用。

展开来分析，电脑中的处理器负责数据的计算，通过发送的指令来“命令”它执行，而更多的数据是保存在硬盘之中，无论这个硬盘是外置的还是内置的、机械的还是固态的。而我们知道，硬盘即便是最先进的PCI-E 5.0规格固态硬盘，读写速度超过了7000MB/s，对处理器的数据吞吐量来说简直九牛一毛，它们之间存在着巨大的速度鸿沟。而内存，则正是二者的“协调者”，它可以平衡双方的带宽差异，让处理器不至于无限制等待硬盘的数据读取，反之也不会影响硬盘的写入。因此，内存的作用极为关键。

处理器在计算工作的时候，第一步读取指令，或者说是“接收”来自内存的指令需求；第二步则是翻译这些收到的指令，让自己能够实现计算功能；第三步是发送信号执行翻译过的这些指令。注意，在“接收”来自内存的指令需求的时候，处理器所读取的指令是暂存于内存之中的，正如前文所述，这些指令会被写入指令寄存器（处理器中的一部分）中以供后续使用，看起来，内存就像是存储器和处理器之间的“搬运工”。

“搬运工”究竟是什么？

作为数据的搬运工，内存其实并不能保存数据，它始终只在做一件事——暂存数据。

首先，我们要先搞明白一件事情，无论是手机还是电脑，我们都会听到这样的名词“ROM、RAM”，所谓的ROM全称是Read Only Memory即只读存储器，它最显著的特点就是断电后依然可以记住数据信息，不会丢失任何保存在其中的数据。

但是，单纯这么称谓它并不十分精确，尤其是在硬盘部分，它是机械结构的数据存储器，虽然效果近似但是这样笼统的称谓并不合适。如果准确的去描述存储设备，可以使用非易失性存储来描述，它包括了ROM和Flash memory，即ROM和闪存，前者现在多是EPPROM这些固化固件的设备，而非存储。

而RAM则是随机存取存储器（Random Access Memory）的缩写，它的作用是负责直接于处理器交换数据。它能够随时读写，而且速度非常快。但是，当电源关闭时RAM不能保留数据，如果需要保存数据，就必须把它暂存的数据写入到一个存储设备中例如硬盘——发现了吗？相对于非易失性存储来说，RAM就是标准的易失性存储设备。我们电脑上使用的睡眠功能，就是通过将内存中的数据暂存并数据写到硬盘中，唤醒电脑后处理器快速从硬盘中读取内存暂存数据，并恢复到睡眠前的状态。RAM和ROM相比，两者的最大区别是RAM在断电以后保存在上面的数据会自动消失，而ROM不会自动消失，可以长时间断电保存。

同ROM有很多细分种类一样，RAM大体也分为两类，即SRAM（静态随机存储器）和DRAM（动态随机存储器）两种。SRAM（Static Random Access Memory，静态随机存储器），它是一种具有静止存取功能的内存，不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据。优点是速度快，不必配合内存刷新电路，可提高整体的工作效率。缺点是集成度低且功耗较大，相同的容量体积较大（需要靠超大规模集成电路解决），因而成本昂贵，只能少量用于关键性系统（例如处理器缓存）以提高效率。

前面我们也说到了内存的作用，某种程度上讲它也算一种“缓存”，不过当它暂存的数据发送给处理器的时候，处理器内部也需要缓存来缓冲，这个缓存就是基于SRAM而生的。处理器的缓存和主内存之间信息的调度和传送是由硬件自动进行的，不需要操作系统的干预和“指导”。除了超高的速度，处理器缓存的重要技术指标是它的“命中率”。可以这样理解：处理器的缓存作为内存局部区域的一个副本，用来存放当前最活跃的程序和数据，它利用程序运行的局部性，把局部范围的数据从内存复制到缓存中，使处理器直接高速从缓存中读取程序和数据，从而解决处理器速度和内存速度不匹配的问题——显然，从硬盘保存的数据到处理器计算，为了协调匹配速度的一致性问题，就必须使用多重方式来缓冲保（暂）存的数据、命令。

除了SRAM，RAM里的另一类就是我们的主角内存了。DRAM（Dynamic Random Access Memory，动态随机存储器）是现今最为常见的系统内存，无论是DDR还是DDR5都属于DRAM范畴。DRAM只能将数据保持很短的时间。为了保持数据，DRAM使用电容存储，所以必须隔一段时间“刷新”一次，如果存储单元没有被刷新，存储的信息就会丢失，所以内存也有另一种称谓“易失性存储”。

DDR5的前世今生

时间回到2017年，负责计算机内存技术标准的组织JEDEC固态技术协会就宣称将在2018年完成DDR5内存的最终标准，诸多内存厂商在2018年开始研发容量为16GB的DDR5内存产品，似乎一切很快就会出现。但是直到2020年7月，JEDEC才正式发布了DDR5内存的标准，而且起跳等效频率为4800MHz，远高于DDR4内存，并且比预想的DDR5起跳等效频率高出不少。

据JEDEC固态技术协会的标准要求，全新DDR5标准将为开发人员提供两倍性能，并且极大提高电源效率。在全新DDR5内存标准下，最高内存传输速度能达到6.4Gbps，与之相比的是DDR4内存标准下最高内存传输速度只能达到3.2Gbps。此外，DDR5进一步改善了DIMM的工作电压，从DDR4时代的1.2V降低至1.1V，从而进一步提升内存的能效比。

而在内存密度上，目前DDR5内存单一芯片的容量已经达到了64Gb，也就是8GB之巨，例如一条DDR5内存如果采用单面4颗芯片的设计方案，那么内存容量就可以达到32GB，双面内存则可以达到64GB；再进一步，如果单面内存做到8颗芯片，那么最大容量就能轻松达到128GB！显然，这不仅预示着未来内存容量的进一步提升，标配32GB内存的电脑将比比皆是，64GB内存的电脑才可以迈入高性能电脑的门槛。

而在引脚设计标准上，DDR5其实与DDR4一样，保持了288个引脚数量，但是在防呆（防插反）设计上有所区别，并且最重要的是引脚功能定义也发生了改变，故而DDR4内存插槽是无法“向上兼容”DDR5内存的。更何况，DDR5内存的支持与否，不仅是外观上的一致性，处理器中的内存控制器是否可以支持DDR5更为关键——目前只有12代英特尔酷睿处理器、即将发布的13代酷睿处理器，以及AMD的Ryzen 7000系列处理器才集成有DDR5内存控制器。

DDR5：我和DDR4真的不一样！

除了高等效频率、大容量之外，DDR5其实和DDR4还是有蛮大区别的，这些先进的技术特性主要是在占空比调节器 (DCA)、片上 ECC、DRAM 接收 I/O 均衡、RD和WR数据的循环冗余校验 (CRC) 以及内部 DQS 延迟监控几个方面上。在具体使用的时候，你是无法感知到这些技术的存在，但是它们的作用却显而易见：为了更快、更准确的缓存数据而生。

1. 占空比调节器 (DCA)

占空比调节器 (DCA)支持主机通过调节内存内部的占空比来补偿所有DQS（数据选通）/DQ（数据）引脚上的占空比失真。因此，DCA进一步功能巩固了读取数据的稳定性；

2. 下放ECC校验功能

DDR5内存在设计的时候为每128位的数据设置了一个8位的ECC纠错空间，这就使得片上ECC纠错拥有了极强的RAS功能，即可靠性、可用性和可维护性，进一步提高了内存工作的稳定性；

3.内存获得DQ均衡以增加裕量

DDR5内存吸收借鉴了LPDDR 5的部分技术，例如支持RD、WR（读写）数据均衡。该功能不仅可以保护通道免受符号间干扰 (ISI) 的影响，增加冗余，还可实现更高的数据传输速率；

4. RD/WR数据的循环冗余校验 (CRC)

在DDR4内存时代，它支持写数据单项CRC校验错误，而DDR5将CRC校验错误的能力拓展到了读上，从而提供了额外的数据保护措施，避免通道间产生的数据错误。

5. 内部DQS延迟监控

DQS延迟监控机制支持是DDR5的新技术特点，它支持调整内存的延迟来补偿电压和温度变化，简言之，内存的工作状态将受到更严密的管控，充分保证内存工作的稳定性。

内存延迟影响有多大？

很多稍微接触了最新DDR5内存的读者都会有一个疑问，很多人说高频DDR4优于DDR5内存，这是真的吗？如果是，那么为什么？这就涉及到一个内存的关键性能指标：延迟。所谓的内存延迟时间，CAS即Column Address Strobe，是指内存接收到一条指令后要等待多少个时钟周期才能执行任务，延迟数据的值越小内存对数据的反应越快，性能越好；第二个则是RAS，即Row Address Strobe，是内存内存行地址传输到列地址的延迟时间，也是越短越好；第三个数值是RAS Prechiarge，即内存行地址脉冲预充电时间；最后一个则是Act-to-Prechiarge即内存行地址选择延迟，同样也是时间越短越好。

在最早一批上市的DDR5内存上，尤其是DDR5 4800的内存中，这四项数值普遍做得非常保守，这就造成了看起来等效频率大涨，但在部分游戏型应用测试中表现甚至不如DDR4 3600来得好的根本原因。但是，在游戏之外的诸多应用中，例如WINRAR、7-ZIP等压缩解压缩工具、Adobe相关软件、Office办公应用中，DDR5因为超高的等效频率远胜DDR4内存。而且，在最新的高频DDR5内存出现之后，这个差距在游戏上也得到了体现：DDR4被远远甩在后面。

我们不一样！GDDR、LPDDR和DDR5

可能很多人对这几个名称并不陌生，谈及手机、平板、电脑就不可能避开这几个名词，但是它们之间的区别还是比较明确的。DDR的正式名称是DDR SDRAM，即Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory，意为双倍速率同步动态随机存储器，是基于SDRAM基础上发展而来的。而LPDDR是在DDR的基础上多了LP（Low Power，低功耗）这样的前缀词，很明显，它的诞生主要是为了移动式电子产品等低功耗设备上使用，拥有比同代DDR内存更低的功耗和个小的体积，例如我们常用的手机几乎都是使用LPDDR内存的，但是，它在技术规格、频率、速度、以及容量上都会有所妥协。需要注意，部分特殊规格的超薄型笔记本电脑也开始采用这种LPDDR内存规格（通常为固化在笔记本主板上，不可升级更换）。

GDDR则是在DDR的基础上多了G（Graphics）前缀，主要用于高速图像处理的场合，可以理解为专为显卡而生的DDR显存，GDDR与DDR相比拥有更高的时钟频率和更小的发热量，最新一代的GDDR6显存标准规范主要由显示核心的厂商联合制定。但是别看名字都已经到了6，实际上它和DDR内存的迭代完全是两条道路，不可简单以数字大小来区分先进性，只能说，用途的差异导致了二者在规格上渐行渐远。

频率不再合适？MT/秒才是本真

DDR5内存时代，还有一个非常重要的变化那就是内存标称发生了改变。本文中也多以MHz来标识，实际上并不十分精确。这要从DDR内存的工作特性说起。DDR1内存的核心频率是和时钟频率相同的，到了DDR2、DDR3时才有了时钟频率的概念，就是将核心频率通过倍频技术得到的一个频率，数据传输频率就是传输数据的频率。DDR1在传输数据的时候在时钟脉冲的上升沿和下降沿都传输一次，所以数据传输频率就是核心频率的2倍；DDR2内存将核心频率倍频2倍所以时钟频率就是核心频率的2倍了，同样还是上升边和下降边各传输一次数据，所以数据传输频率就是核心频率的4倍。显然，现在一条内存例如DDR4 3600，这个3600这并不是真正意义上的MHz，可以说这只是等效频率（Effective clock rate）的概念，真正符合标称的，其实是MT/s。

DDR5内存上市之前，其实一直都是使用MHz来标注内存的“频率”，然而随着DDR5的上市，内存规范制定者JEDEC认为需要改变这个现象了，内存性能规格的单位选择了MT/s为主，英特尔和金士顿、美光、威刚、芝奇等内存企业纷纷响应个该策略，正在将内存的衡量单位由过去的MHz修改为MT/s——使用MT/s能更准确的表达内存的性能表现，而不是MHz这样的“等效频率”。

MT/s全称Million Transfers Per Second，即为每秒百万次传输，1T/s和1Hz，这两个单位前者指的是每秒做了一次传输，后者指每秒1时钟周期。正如我们所说的，DDR信号每个时钟信号可以传输2次，所以实际的传输速率为1Hz=2T/s，1MHz=2MT/s。

X.M.P是什么？

X.M.P全称是Extreme Memory Profile，是由英特尔最早于2007年推出的一项针对内存频率优化的技术，现在升级到XMP 3.0来支持DDR5。XMP 1.x、2.0都只支持两组配置档(Profile)，XMP 3.0则增加到了五组，其中三组出厂预设不能变更，另外两组允许玩家自行修改保存，为了防止乱改还支持CRC错误校验。

简单说，这就是一个预制了不同频率方案的内存SPD规格，在一定的安全范围内提供给消费者更多的频率选择，相当于官方的超频预制方案。使用的时候也非常简单，用户不需要自行修改内存设定参数的诸多细节，只要在BIOS中开启X.M.P模式，任选其中一个，就可让主板读取内存配置文件，对入门级用户十分友好，对DIY玩家也甚为方便。

更值得一提的是，DDR5内存由于集成了PMIC电源管理电路，因此对比早先的X.M.P 2.0可以更开放地单独调整电压，诸如VDD、VDDQ、VPP等等，而且这些都是由JEDEC、Intel共同讨论规范的内容，这样可以在不同的主板上保持一致性。

除此之外，配合支持DDR5的X.M.P 3.0还有一个非常优秀的功能——动态内存频率调整，简单说就是让内存拥有类似处理器睿频一样的动态频率调整方式。当然，使用这种模式的前提是必须为英特尔12代酷睿处理器及以上、内存为支持X.M.P 3.0认证的产品（DDR4、DDR5）就可以了。在BIOS中开启这个功能以后，系统高负载时自动切换到内存中X.M.P 3.0的高配置模式，低负载的时候回到JEDEC低负载设定。

具体到主板上，我们以华硕主板为例，开机按下Del键进入BIOS，然后按下F7进入高级模式。切换选项卡到Ai Tweaker上，然后选择下方的Ai Overclock Tuner。