5分钟涨涨知识 什么内存是最快的?
某种意义上内存就是缓存——它是处理器的数据交换存储池。但是,它的速度要远远低于处理器中的缓存。内存有三个极为关键的指标,即容量、延迟和带宽。其中延迟的重要性不言而喻——更低的延迟可以保障游戏最低帧率的下限不会太低,同时保证帧率的平稳程度,这也是为什么电竞网游对内存的延迟如此敏感。带宽则是数据吞吐能力的表现,容量则代表容积数据的能力。那么,内存除了不同代际之间的差异,又有哪些可以影响内存延迟/带宽的地方、谁又是这方面的“王中王”呢?

片上内存的标兵
苹果的M1~M4系列是低延迟、高带宽的典范,原因就是它采用统一内存设计。不仅仅是内存成为处理器、显卡的统一数据“蓄水池”,更重要的一点是苹果将内存置于同一颗SoC之上(但不是同一颗芯片之内),这让它们之间的物理距离缩短,内存延迟相比传统内存要低不少。另外它最厉害的地方在于带宽,如M1/Pro/Max的内存带宽分别为50GB/s、200 GB/s、400 GB/s,更遑论今天的M4芯片。

即将登场的Intel Lunar Lake也采用了片上内存的方式,其将这种方式称之为"Memory on Package",也就是"封装级内存"(MOP)。在Lunar Lake上,Intel封装了两颗64bit 32GB(最高容量) LPDDR5X内存。当然从绝对带宽上来说,它肯定没有苹果M1~M4系列SoC来得高。需要注意,它是采用封装方式是Foveros封装工艺,物理上和处理器核心还是隔开的(堆叠封装),但是已经比外置于处理器的内存要近很多,所以内存延迟问题会有相当程度的提高。

发现了吗?内存和处理器之间的物理距离越近,内存延迟就越低,这就是改善延迟问题的一个重要手段。但是,它的代价相当大:1、不可更换、升级内存;2、零维修价值;3、成本较高。
游戏机上的内存才是真王者!
早期XBOX 360就使用eDRAM的片上内存方式来解决GPU延迟、传输速度的症结——不过,它封装在处理器晶体以外,不像Xbox One上的eSRAM封装在处理器内。eDRAM全名Embedded DRAM、即嵌入式随机存储器,简单来说是把现在DDR整合到SoC内(但不是封装在处理器内)。eDRAM的特点是结构简单、容量大(理论上是SRAM的6倍),但缺点是需要定时刷新(Refreshing)数据,会增加功耗。

其实不止XBOX 360,2013年Intel发布了Haswell架构处理器,同时推出的高端核显Iris Pro Graphics(GT3e)整合了128MB eDRAM,这128MB的eDRAM也可以当做处理器的L4缓存使用。

而到了Xbox One世代,微软使用了一种独特的方式解决内存带宽和延迟问题:传统内存+片上缓存eSRAM(封装在处理器内)——这种方式这让开发变得极为痛苦,但是传输速度和内存带宽都有着越级的表现。这其中的eSRAM,就是嵌入式静态随机存取存储器的意思,eSRAM的成本非常高昂,绝非eDRAM可比,但是它拥有极高的传输速度和极低的功耗(特别是在空闲状态)。同时,由于其复杂的内部结构,SRAM的占用面积更大,但容量极小。高成本、高空间占用、低容量,都决定了它不可能像DRAM这种“廉价”低密度存储器一样普及。所以日常可见的产品中,极少有使用SRAM的,哪怕它拥有极为可观的传输速度、极低的延迟也无济于事。

某种程度上看,Xbox One的片上缓存eSRAM才是技术巅峰。到了Xbox S/X世代又形成了某种倒退:因为Zen 2处理器架构不存在片上内存这件事,和传统电脑是一样的——PS5也是如此,因为它也采用了Zen 2架构处理器。

失败的赢家
其实还有一种内存技术,就是已经停止更新的傲腾内存——基于3DXpoint的缓存存储技术,特点是拥有高带宽、低时延、低功耗的特点。但是,它始终迈不过去的坎就是成本高昂,所以2021年美光出售相关工厂,2022年七月Intel也宣布放弃此技术。可见,单纯的技术先进并不一定是好事。这和历史上的RDRAM内存如出一澈。

DDR5还是DDR4?
回到电脑端,现阶段正处于DDR4、DDR5世代交替的时间,二者形成了非常有意思的差异:DDR4拥有相对更低的延迟,但是内存带宽方面,DDR5内存又一骑绝尘的领先DDR4。所以这也就造成一个问题,电竞网游类应用,DDR4内存拥有极佳的性价比,DDR5内存则在专业应用领域(开发、视频编辑等)拥有无可比拟的优势——这一切要等到DDR5 8000+内存普及的时候才会结束,鱼和熊掌,你选哪个?

最后一句话总结:内存=处理器的数据交换存储池,SRAM/eSRAM>DRAM/eDRAM(注:DDR、RDRAM、LPDDR、傲腾都属于DRAM);封装形式上,处理器内封装(eSRAM)>片上封装(eDRAM、DRAM、LPDDR)>独立内存(DDR、傲腾、RDRAM),这样是不是就清楚多了?