在“内存墙”的困扰中寻找出路

提升内存带宽的各种努力

除了利用多级缓存、并行处理等技术降低内存等待时间之外，降低“内存墙”影响的另一种途径当然就是提升内存带宽，尽可能缩小内存与处理器的性能差距。如前所述，当提高工作频率遭遇发热和工艺方面的瓶颈后，人们一直在尝试通过提高内存的传输效率、传输位宽和传输倍率等方法来提升内存的传输带宽。

1.利用缓冲器提升内存性能的技术

“全缓冲双列直插式内存模块”(Fully-Buffered DIMM，FBD)是一种能有效扩展DDR2/DDR3内存带宽和容量的技术，其关键硬件是Intel的“先进内存缓冲器”(Advanced Memory Buffer，AMB)。在FBD内存架构中，内存模块不再与内存控制器直接交换数据，而是通过AMB进行缓冲处理。AMB的通用内存接口可连接DDR2/DDR3内存模块，AMB与内存控制器则采用多路的点对点高速串行链接连接方式，以取代常规的共享式并行连接，即每个DIMM插槽上内存条的AMB互相串联起来，并采用点对点的传输方式，数据依次从一个缓冲器传向下一个缓冲器，这种串接方式的优点是具有恒定的点对点连接阻抗，提高了信号传输的稳定性和可靠性。

常规并行连接与FBD的串行链接

AMB的每一路串行连接都采用了自同步(Self-Clocking)传输技术，数据接收端的时钟频率可随数据流的大小自动调节，这种传输方式有效地提高了数据的传输速度，从而可将传输带宽提升4倍。由于FBD采用串行传输方式，可以用更少的引脚建立更多的内存通道，并且每个内存通道可连接更大容量的内存模块，因此FBD可使内存系统的总容量扩展到384GB。不过，由于FBD内存的功耗和造价较高，故而主要应用于服务器、工作站和高性能计算机。

FBD内存缓冲技术今后的发展趋势，是取消现行将AMB组合在内存上的方案，而直接将AMB芯片置于主板上或者采用插卡的形式，这就是所谓的“板载缓冲器”(Buffer On Board，BOB)技术。此外，AMD也开发有类似的G3MX(G3 Memory Extender)内存扩展技术，Inphi的“隔离式内存缓冲器”(Isolation Memory Buffer，IMB)也是一种内存缓冲技术。

2.增加传输倍率提升内存性能的技术

通过提高内存传输倍率来提升带宽是内存技术发展的一个主要趋势。例如从DDR、DDR2的2、4倍传输率到DDR3的8倍传输率，此外还出现过其它提升内存传输倍率的技术，例如“4倍带宽内存”(Quad Band Memory，QBM)技术主要是利用场效应管使DDR内存能够在一个时钟周期内传输4次数据，从而将内存带宽提升4倍。

Rambus公司近几年启动的“百万兆字节带宽开创计划”(Terabyte Bandwidth Initiative，TBI)备受关注。TBI的目标是开发百万兆级带宽的单芯片内存控制系统。Rambus目前已开发了“32倍数据传输率”(32X Data Rate)、“全差分内存架构”(Fully Differential Memory Architecture，FDMA)和FlexLink可扩展链接等关键技术。基于TBI技术的新型内存将为高性能的多核处理器系统以及图形处理、游戏等应用提供完整有效的解决方案。按照Rambus的计划，基于TBI技术的第1代XDR2 SoC芯片，能使单片DRAM内存的带宽达到38.4GB/s，第2代XDR2 SOC芯片可使单片DR AM的带宽达到51.2GB/s，其进一步的目标是实现一个内存控制芯片连接16片DRAM内存，从而使总带宽达到百万兆字节每秒，即1024GB/s或1TB/s。

有效提升内存带宽的32倍传输率技术

32倍数据传输率技术采用极为精确的锁相环倍频电路，将输入的时钟信号转换为32倍频的内部时钟信号，从而使内存数据通道在一个输入时钟信号周期内把32位数据传输到内存缓冲器中，是一种全新的32位缓冲预取架构，用500MHz的时钟频率就可达到16GB/s的传输率，因此32倍数据率技术将可大幅度提升内存的带宽。FDMA技术利用抗干扰性能极强的差分信号传输方式，为数据、指令和地址信号在内存控制器与内存之间的传输提供更可靠更有效的通道。FlexLink是一种创新的高速可扩展点对点式命令和地址链接架构，2路链接就可达到16GB/s的连接速率，简化了内存与内存控制器的连接，并且易于扩展内存容量。