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PC動態記憶體趨勢預測
速度、容量、用電、價格

【作者: 朱善存】   2004年01月05日 星期一

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自從Intel在Pentium時代(1995/96年)取得晶片組市場佔有率與規格主導權後,連帶也使得記憶體規格開始劇烈改變,包括從FPM RAM換成EDO RAM(Triton晶片組:82430FX,1995年),以及換成當初只用於工作站的SDRAM(1996年82430VX晶片組,1997年82430TX晶片組),然後自66MHz推升至100MHz,甚至是RDRAM等。


然而記憶體規格逐漸不是單一家獨大的業者可以主導,包括Micron提出BEDO RAM、NEC提出VCRAM等也都無法成為主流,相對的VIA提出PC-133,一方面自己不是記憶體廠商,同時被眾家記憶體大廠所共同承認,因而成為主流。而展望2004年PC用的記憶體會有何新發展呢?請看本文以下的探討與推敲。


更快速度

Intel已經將CPU(Pentium 4)的外頻(Front Side Bus;FSB)拉升至800MHz,並將逐漸汰去400MHz、533MHz的外頻,這是在Intel放棄Rambus,重新擁抱DDR SDRAM後所全力衝刺的動作:拉升FSB時脈,這也使得記憶體有更大的時脈提升空間。


根據JEDEC組織於2003年11月的技術研討會議中所表示,5年內(2004~2008)DDR SDRAM都會是PC記憶體的主流,並持續不斷提升每個記憶體接腳的資料傳輸率。就美國記憶體大廠Micron(美光)的推估,2005年將可至700Mbps/pin(單一接腳,即1-bit資料),2007年更可至1Gbps/pin,同時更快的記憶體也會更名,預估2005年會稱為DDR2,2007年則改稱DDR3,但技術本質無太大變化。


除了CPU外頻已做好因應更高速記憶體的準備外,另一驅動記憶體加速的3D繪圖晶片(或稱GPU),事實上從過去經驗來看率先採用更高速記憶體的一直是繪圖晶片而非CPU,例如Tseng(曾氏)ET6000使用MDRAM(Multi-Bank DRAM),或Cirrus Logic使用RDRAM(Rambus DRAM),甚至有一陣子還有以SDRAM衍生成的SGRAM(加速3D存取)。因此CPU與GPU所對應的記憶體仍有個別持續發展的可能,且GPU所用會更為快速,同樣的Micron預估2004年將出現1.5Gbps/pin的GDDR3,以及2007年出現3Gbps/pin的GDDR4,速度都將比同時間的PC記憶體快速。


以配套技術加速記憶體

在提升記憶體本身外,也有其他配套技術讓記憶體加速,例如Transmeta的Crusoe/Efficeon處理器,如(圖一),或AMD的Athlon 64/Opteron,甚或Intel Centrino處理器,都採取內建記憶體控制器,降低過去透過北橋晶片的延遲,加速記憶體存取。另外AMD Athlon 64/Opteron處理器,以及Apple電腦所用的IBM PowerPC G5處理器,則強調加寬記憶體資料匯流排來加速,從現有64-bit提升至128-bit。不過無論是CPU內建記憶體控制器,或加寬記憶體資料寬度,都源自過去DEC Alpha晶片的觀念與設計;如(圖二)。



《圖一  Transmeta Efficeon處理器》
《圖一 Transmeta Efficeon處理器》

<Transmeta(全美達)最新處理器Efficeon與過往Crusoe(克魯索)相同,都將記憶體控制器(北橋主電路)與CPU整合,Efficeon可支援DDR266/333/400的記憶體。資料來源:Transmeta網站>


《圖二 AMD 64-bit(AMD64運算架構)處理器<注釋: AMD推出64-bit(AMD64運算架構)處理器後,其標榜高階桌上效能之用的Athlon 64 FX採用128-bit的記憶體寬度,但一般桌上型的Athlon 64或筆記型電腦用的Mobile Athlon 64都還是維持64-bit寬度。》
《圖二 AMD 64-bit(AMD64運算架構)處理器<注釋: AMD推出64-bit(AMD64運算架構)處理器後,其標榜高階桌上效能之用的Athlon 64 FX採用128-bit的記憶體寬度,但一般桌上型的Athlon 64或筆記型電腦用的Mobile Athlon 64都還是維持64-bit寬度。》

資料來源:AMD網站>


由此來看,現有DDR333、DDR400之後,必然會有DDR466的出現,然而也或許可能發生與過去接近的事:(SDR SDRAM)PC-133之後接替的是DDR200(PC-1600),而非PC-150,原本認為Intel RDRAM或NEC VCRAM會接手,最後仍回到DDR SDRAM,由此可知:記憶體相當強調共通與交換,封閉優勢、寡佔規則向來不易成功,未來更高速的記憶體規格關鍵絕對在JEDEC組織,而非任何單一家業者,即便是重量級業者也不會,而JEDEC已經認證至DDR400,DDR2也於2003年9月通過,這些都奠定未來DDR/DDR2將持續是主流。


附註:過去記憶體六大廠為:Samsung(韓國三星)、Hynix(韓國現代)、Infineon(英飛凌)、Elpida(爾必達,原NEC恩益禧,更早稱為日本電氣)、Micron(美國美光)、Intel(美國英特爾),不過在Rambus式微後,Intel亦不算在記憶體廠商之列。


更大容量

更大容量的趨勢來自一個推力(壓力)與一個拉力(誘因),推力來自於快閃記憶體(Flash Memory)容量愈來愈高、愈來愈省電,擠壓了DRAM記憶體在手持式裝置、行動裝置上的應用空間。至於拉力來自2003年兩種64-bit PC分別適時發表:Apple Power Mac G5(6月)、AMD Athlon 64(9月),64-bit PC的一大主訴求即在於擺脫32-bit的記憶體定址空間:4GB,可至8GB甚至更多,這也將驅使記憶體的用量增大,特別是過去用Windows工作站,以及用於多媒體剪輯的高階桌上電腦,都會是首波超越4GB需求的用戶。除專業用工作站、專業個人電腦外,一般家用PC,商用PC應為逐步增加記憶體容量,自現有256MB/386MB往更高的512MB/768MB邁進。


3D繪圖應用需求加大記憶體容量

另外記憶體容量的加大需要也來自前述的3D繪圖應用,且不單是專業的繪圖應用,反而更會是娛樂的3D繪圖應用,目前一般桌上型3D娛樂繪圖卡已至128MB/256MB,未來不排除往更高容量發展。此外新一代的電視遊樂器(如第二代XBOX)也將刺激記憶體的用量與容量增加,這些都將間接刺激更高密度的記憶體晶片推出。


為實現更高容量的記憶體,一方面從更精密的製程下手,一方面從更嬌小的封裝下手,製程上預估將自0.18、0.13um、0.11um縮減到90nm(奈米),甚至是65nm,封裝方式上也從現有TSOP、BGA改成更緻密、更接近於原有裸晶尺寸的CSP(Chip Scale Package),如此才能在同樣的模組(Module)上置入更多更高容量的記憶體晶片。


更加省電

隨著桌上型PC出貨衰退,筆記型PC銷售超越桌上型,Microsoft發表Tablet PC(平板電腦)、Intel發表Centrino(迅馳)等,都象徵著x86 PC往超薄行動路線發展,從源源不絕的插座取電,改成有限的電池供電,因此省電性成了記憶體的新要求重點。


除了運用更智慧化的控制電路外,直接運用更精細的製程來製造記憶體也有加速與省電效果,更精密製程與更省電也意味著要降低運作電壓,今日的3.3V將依循其他更低電壓的晶片(如CPU)發展路線而降低,將降至2.5V(DDR)或1.8V(DDR2),日後也可能至1.3V。


更多應用

既然桌上型PC不斷衰退,但是IA卻持續蓬勃發展,除了筆記型電腦外,平板電腦(Tablet PC,256MB以上)、智慧型顯示器(Smart Display,64MB以上)都會是新的記憶體需求大宗。另外個人數位助理(PDA,2~64MB)、電視遊樂器(MS-XBOX=64MB,SONY-PS2=32MB)、甚至是彩色雷射印表機(Color Laser Printer,64~96MB以上)、高解析度電視(HDTV)等,都將有更大的記憶體用量需求。


更為便宜

除了規格外,許多人更在意記憶體的價格,不過往未來看,記憶體長期而言只會持續降價,即便有漲也只是短波現象。當然需求大者自然價格下跌,SDR與DDR就是明顯的例子,DDR成為主流,仍有SDR需求的必須忍受高價。


為何如此推斷?事實上無論是硬碟、記憶體等已是資訊基礎組件,以此為基礎向上仍有許多更重要、更關鍵的發展,例如用硬碟組構成磁碟陣列(Disk Array),或者支援更多應用等。2003年Intel就入資記憶體大廠Micron,原因無他:唇亡齒寒。如今的CPU不單要仰賴高速、高容量的快取記憶體(Cache),也要仰賴高速、高容量的記憶體才行,否則無法徹底發揮運算效能,Intel能夠自主掌握CPU與內建於CPU之類的Cache,但卻在放棄Rambus後無法親自掌握DRAM記憶體,倘若記憶體漲價、短缺,也將影響CPU的銷售,這即是持續看低記憶體價格走勢的緣故,同樣道理若硬碟漲價,則發展磁碟陣列設備方案的大廠如IBM、EMC、HDS、HP、Sun、LSI等業者也無法接受。


Rambus還有動作嗎?
Intel放棄Rambus後RDRAM是否還有後續發展?答案是肯定的,但逐漸不受矚目卻也是事實。RDRAM的記憶體模組RIMM為16-bit寬度,以800MHz、1066MHz時脈為主,可得1.6GB/Sec、2.1GB/Sec的傳輸率。RDRAM也嘗試增加寬度以拉升效率,例如RIMM3200(800MHz)、RIMM4200(1066MHz)都為32-bit寬,速度也加一倍,達3.2GB/Sec、4.2GB/Sec。
更新的發展是1200MHz、2.4GB/Sec,而SiS(矽統)也推出對應支援的晶片組:SiS R659、R658,R659可支援四個16-bit通道,搭配四條1200MHz RIMM可至總頻寬9.6GB/Sec,而R658僅支援至800MHz~1066MHz,同樣支援四條16-bit通道,或支援兩條32-bit通道。而根據Rambus方面的表示:RDRAM未來可至1600MHz。
據知Rambus(純IP公司,無廠房)與東芝(TOSHIBA)、爾必達(Elpida)合作,成功製出可至3.2GHz運作的XDR DRAM,未來也可能推升至6.4GHz。


《圖三  Rambus新發展之高速記憶體:XDR DRAM之拓樸(Topology)圖。》
《圖三 Rambus新發展之高速記憶體:XDR DRAM之拓樸(Topology)圖。》資料來源:Mercury Research;2003/10
《圖四  SiS(矽統)支援RDRAM的Pentium 4晶片組:SiS R659。》
《圖四 SiS(矽統)支援RDRAM的Pentium 4晶片組:SiS R659。》資料來源:Mercury Research;2003/10
x86 PC之外部記憶體寬度/內部暫存器寬度發展表 ??????????????????? 製表:朱善存
年份 處理器 記憶體寬度 暫存器寬度
1981 8088 8-bit 16-bit
1984 80286 16-bit 16-bit
1986 80386 32-bit 32-bit
1993 Pentium 64-bit 32-bit
2003 Athlon64 128-bit 64-bit

表二??? 記憶體規格與對應資料傳輸
規格稱 傳輸率 (64-bit,一個DIMM)
SDR? PC66 66MHz? x1 528MB/Sec
SDR PC-100 100MHz x1 800MB/Sec
SDR PC-133 133MHz x1 1064MB/Sec
SDR PC-150 150MHz x1 1200MB/Sec
DDR200/PC-1600 100MHz x2 1600MB/Sec
DDR266/PC-2100 133MHz x2 2100MB/Sec
DDR333/PC-2700 166MHz x2 2700MB/Sec
DDR400/PC-3200 200MHz x2 3200MB/Sec
DDR466/PC-3278 233MHz x2 3728MB/Sec
DDR533/PC-4300 266MHz x2 4300MB/Sec

記憶體模組的發展 ?????????????????? 製表:朱善存
模組 寬度 記憶體類型 適用之CUP世代
DIPChip 1-bit DRAM 8088/80286/80386
SIMM 30pin??? 8-bit DRAM 80286/80386/80486
DIMM 72pin? 32-bit DRAM/EDO 80486/Pentium
DIMM 168pin 64-bit EDO/SDRAM PentiumIII
DIMM 184pin 64-bit DDR SDRAM Pentium 4~今
DIMM 232pin 64-bit DDR2 SDRAM 即將到臨
RIMM 184pin 16-bit RDRAM Pentium 4
RIMM 232pin 32-bit RDRAM Pentium 4
SO-DIMM 144pin 64-bit EDO/SDRAM PentiumIII
SO-DIMM 200pin 64-bit DDR SDRAM Pentium 4~今

記憶體類型與支援運作時脈??????????? 製表:朱善存
類型 電壓 時脈
FPM 5V 16MHz/20MHz/25MHz/33MHz/40MHz/50MHz
EDO 5V/3.3V 50MHz/66MHz/75MHz/83MHz
SDR SDRAM? 3.3V 66133MHz150MHz超頻)
DDR SDRAM 2.5V 100MHz x2~今
DDR2 SDRAM 1.8V??????? 即將到臨
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