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    测试在哪里？你不要奇怪，相信对这款内存感兴趣的你，不会放过这次拜读由赵效民执笔的内存分析文章，看过此文之后，相信你对KINGSTON内存的理解，可以更加深入。

而今迈步从头越:多通道内存设计深入剖析

前言：多通道内存的起缘（Channel与Way）

   以通道（Channel）来描述内存最早出现在Rambus DRAM（RDRAM）的系统上，在SDRAM平台上，常用的词汇是路（Way），比如著名的ServerWorks公司，经常用x-Way的方式来介绍自己产品的内存设计（目前也与Channel共用）。在那个年代，由于CPU前端总线（FSB）带宽的限制，多路的SDRAM系统的带宽即使真如宣传所说，其实际的作用更多的也是体现在对I/O子系统的支持而不是对CPU的支持，因此这类的芯片组更多的被用在服务器领域。
    时至今日，当CPU的FSB胃口突然增大而内存芯片的带宽又无法迅速提升时，多通道（路）内存的设计也比比皆是了，此时的多通道也变得更有实际意义。总览现在或即将推出的芯片组，基本都以多通道内存为一个重要的卖点。那么多通道内存是怎样工作的？多通道都有哪些典型的设计呢？本文将做一个深入的探讨。

一、多通道的意义

    我们都知道内存的带宽提升与两个参数的关系非常密切，一个是传输频率，单位是MHz。另一个是传输位宽，以SDRAM（包括DDR）为例，如果从系统的角度出发，就是一个物理Bank的位宽，即64 bit，若要换算成字节则要除以8。而计算带宽的公式就是：数据传输率（带宽）=传输频率×传输位宽。比如我们常说的PC100 SDRAM，传输频率是100MHz，传输位宽64bit，带宽就是800MB/s。
注意，这里说的是传输频率，而不是时钟频率，至于有什么不同，下文就要讲到。

    为了提高带宽，人们想了很多办法。RDRAM与DDR虽然是两种努力的方向，但它们有一个共同点，那就是提高传输频率。RDRAM采用了上下沿触发的方式，在时钟频率的基础上使传输频率翻倍，DDR也是如此（这也就是为什么要用传输频率而不用时钟频率的原因）。这都是因为位宽变动要比频率变动麻烦得多。借助于窄位宽的设计，RDRAM可以通过更高的时钟频率获得更高的传输频率，但由于位宽只有DDR SDRAM的1/4，而频率又不能提高到DDR SDRAM的4倍，所以RDRAM意识到必须增加传输位宽来与DDR SDRAM抗衡，从而率先出现了双通道的设计，两个通道一块传输数据，以扩展一倍的位宽达到扩展一倍带宽的目的，之后进一步发展出4通道设计。这就引出了多通道设计的一个最主要的用意——增加传输位宽。另外，由于多了一个内存通道也就意味着可以增加更多的DIMM/RIMM插槽（RIMM4200不考虑在内），从而又起到了提高内存总容量的作用，这对于通道内芯片数量有限制（32个）的RDRAM系统来说是非常必要的。

    目前，所有的芯片组厂商都推出了多通道内存设计，在Intel平台上，Intel自己走在了前面，而在AMD平台上，主板领域的新生力量nVIDIA引领了潮流，而且它们恰恰又是当今多通道领域里两种不同的设计方案的最先提供者，囊括了多通道的主流设计思路，因此在下文中我们将通过它们的产品来具体剖析多通道内存技术。

二、Intel的双通道设计：从RDRAM说起

    RDRAM似乎已经离我们很远了，850E的身影也必将成为一个经典。不过，从现在对多通道内存的叫法上，我们还是要感谢RDRAM，SDRAM家族最终还是用了通道而不是路来描述自己。更重要的是，RDRAM的双通道设计决定了Intel在多通道DDR方面的设计思路, 865和875P芯片组的双通道设计原理实际上来自于850/850E，所以我们得从头说起。
    多通道RDRAM应该是第一个与FSB紧密联系的多通道设计，也就是说它的多通道设计是最早对CPU性能产生重大影响的。早期的Intel 820主板，因为单通道RDRAM就已经足够PentiumIII系统消化，所以在PentiumIII时代，双通道的Intel 840昙花一现，几乎就没有见到有多少产品上市。

RDRAM的双通道设计最早出现在PS2游戏机上，随后出现在Intel的840芯片组的设计中

双通道RDRAM系统对内存的要求

    在我们熟悉的Intel 850E时代，我们就经常会接触到双通道RDRAM系统了。而这个系统在内存的使用上有一个显著的特征，或者说是要求——组成双通道的RIMM必须在结构与规格上完全一致，这个结构与规格就是指RIMM的容量，RIMM上芯片的个数以及RIMM上芯片的组织架构（存储单元数量，逻辑Bank数量与结构等）
    这是为什么？大家看看上图就明白了，原因就在于它只有一个内存控制器。也就是说内存的寻址命令只从一个控制器发出，而这个控制器控制着两个通道，那么也就意味着，相同的寻址命令会同时发向这两个通道。
    现在我们就可以想象一下双通道RDRAM是怎么工作的了。以850为例，处理器（Pentium4）FSB的时钟频率为100MHz，数据传输频率是400MHz，传输位宽是64bit，RDRAM的时钟频率是400MHz，传输频率是800MHz，单通道传输位宽16bit。在进行寻址时，两个通道得到的指令相同，两个通道内工作的芯片位置也是相同的，这个芯片的中工作的存储单元也是相同的。两个通道的寻址轨迹完全一样。由FSB传来的数据量，一个传输周期是64bit，而双通道RDRAM位宽则是32bit，但它的传输频率是FSB的两倍，双方正好吻合。但也因此数据会在850中做一个分割/整合的工作，因为两个接口的总位宽要从64bit至32bit进行转换，即FSB至RIMM由850分割，RIMM至FSB则通过850整合——不过这只是打一个容易理解的比方，事实上850的数据传输方式是按如下所述的：由于RDRAM内存的特性，850每次接收自双通道传来的数据都是256bit(32Byte或32字节),这是因为RDRAM执行8个传输周期后才发送数据（8x32bit=256bit），然后再分成4次传给FSB(CPU或者内存控制器每次处理的数据是64bit,所以需要4次传送)。这期间的相互协调就是850自己内部的事情了，在此不再多言。
    从上文可以了解到为什么组成双通道的RIMM必须是完全一样的原因，如果是不对称的，那么对于控制器的寻址将是非常复杂的，必须要有两套地址解码系统，只要稍微想想，大家就知道其中的困难，尤其是在容量不一致时的情况下。在此，大家可以把850看成是一个内存的RAID 0控制器，那么RAID 0对所组成的硬盘容量是什么要求呢？不一致时又会怎么做呢？难道要在逻辑上砍掉更高容量DIMM中的多余容量？
    从某种角度上说，850是Intel设计的最为成功的双通道芯片组，它与FSB带宽实现了完美的匹配，首次真正体现了双通道内存对CPU的贡献。在此之后的Intel芯片组发展过程中，它的思路也一直在延续着，并且做出更有效的改进，伴随着Intel处理器FSB带宽的不断提升，也接连诞生了E7205、E7505、E7500、E7501、E8870企业级芯片组，以及我们现在所熟悉的Intel 865与875台式机芯片组系列。

Intel 875P的结构图

    理解了850的双通道设计，就不难理解865/875的双通道了，只要将RDRAM换成DDR SDRAM即可。在Intel的介绍中，仍然强调，若要组成双通道就必须要求DIMM的规格完全一样，并且是两两一组，只要是奇数就会自动变成单通道或虚拟单通道。其原因就在于内存的控制器只有一个，但与850不同的是，这个控制器控制着两个64bit的内存接口，而不是单一的128bit接口，显然这将让内存的使用更为灵活，而不像850那样只能用双通道。
    从Intel的设计思路上可以看出，它的双通道完全是在应对高带宽上，而只采用一个控制器的做法目的就在于保证效率。因此，我们可以将Intel的方案理解为RAID 0式的多通道内存设计，而其弊端也就是限制了组成双通道DIMM的灵活性。

三、nVIDIA的设计：灵活是我的追求

    2001年6月5日，一心想扩展盈利点的显卡芯片市场的巨无霸nVIDIA向世界推出了它的第一款主板控制芯片组——代号为Crush17的nForce，迈出了nVIDIA在芯片组市场上的第一步。它是AMD处理器平台上第一个采用双通道内存的芯片组，顿时引起了业界的轰动。2002年7月16日，nForce的接班人nForce 2正式亮相，研发代号Crush18，它们在双通道的基本架构上，完全相同。不过，我们还是拿现在热卖的nForce2进行分析，这样大家可能更感兴趣。
    首先要提出的一点，也是人所共知的一个问题，就是nForce所针对的Athlon体系，有一个巨大的限制，那就是FSB带宽，与同频的DDR内存相同。也就是说单通道的DDR内存就可以满足相同时钟频率的FSB带宽，因为两者都是DDR传输模式，都是64bit的位宽，这的确给nForce出了个难题——英雄无用武之地。如果用Intel的设计思路去分析，的确是这样。不过，这在DIYer中也引出了当内存带宽高于FSB带宽时的深入讨论。

nForce2富余的内存带宽怎么被利用？

    对于传统的芯片组而言，由于只有一个内存控制器，所以内存在一个工作周期内只能为一个设备服务，比如为CPU提供数据时就不能向AGP传输数据。以前曾有不少人提出，DDR-333内存对AMD处理器并不是没有用，因为内存是数据交换的中心，不光是CPU要用，AGP也会用到，其他设备也会用到（如IDE、PCI插卡），但这个说法似乎表明内存可以并行处理多项数据请求——AMD处理器2.1GB/s（133MHz DDR FSB频率，64bit位宽）就够了，剩下的600MB/s（对于DDR-333的带宽而言）就留给其他设备吧(比如USB设备、ATA硬盘)……但这显然是错误的说法。
    对于单个内存控制器来说，如果内存带宽已经超出单个设备所需要的最高带宽，那么剩下的好处就是进一步减少传输延迟了（工作频率越高意味着相同延迟周期下总延迟时间减少）。但是，传向CPU的数据带宽仍然受限于FSB，这也是为什么在266MHz FSB下，KT333会相对KT266A只有轻微的性能提高的原因，这显然与带宽的提高严重比例不符（在P4系统上，分别使用DDR-333与DDR-266的性能则有明显差距）。对于DDR-400也是一样，毫无疑问，nForce 2在使用一个通道的DDR-400（带宽3.2GB/s）时也会遇到这种尴尬。不过，幸运的是nForce 2有TwinBank（下文简称TB），也就是双通道技术，在使用两个通道时，情况就发生了某种变化。

 nForce 2的TwinBank架构（以IGP为例）

    请注意上面的结构图，可以发现nForce有两个完全独立的内存控制器，这是nVIDIA与Intel在多通道内存设计上的一个重要不同之处，随之也产生了功能上的差异，从中你能体会到多通道设计的其他用意。
    有关TB的介绍在nForce时代就已经很多了，目前已经基本达成共识，即nForce在Athlon平台上并非像QBM SDRAM那样，两个控制器按时钟交错的方式交替传输数据以达到两倍于单通道的性能，也不是像Intel那样相当于RDRAM的双通道设计，而只能做到传统的交错传输以进一步减少延迟（一个通道工作时，另一个通道进行提前准备）。nForce的双通道最主要的优点就在于更好的多任务能力。

 TwinBank的多任务应用图解

    其实，在当前的PC系统中，内存以及它的带宽是极为重要的，由于它是数据交换的中心，随着DMA数据传输方式的广泛应用，内存的角色也越为显著，但是因为内存的独占式工作模式而无法同时为多个设备提供服务。nForce拥有两个内存控制器，也就意味着同时为两个设备提供数据成为了可能，比如CPU在向一个通道写入数据时，另一个通道正在接受AGP的访问或者是硬盘控制器的请求，不过这种并行操作的频繁程度究竟有多高有待考证，况且在DMA的起始段也要有CPU的参与。CPU一般都会先在内存中生成指令包，然后让DMA设备到内存中读取这个指令包并执行，所以肯定会在某个通道形成寻址冲突，但是与以往的单个内存控制器的系统相比，nForce的设计还是在一定程度上提高了多任务能力，增强了系统的处理效率。而且从AMD处理器的双向寻址到连接南北桥的HyperTransport总线的双向传输能力，似乎都在暗暗的支持着这个优势的有效发挥。
    另外，由于每个通道是独立的控制器，也使组成双通道的DIMM结构没有了限制，nVIDIA也是这么宣传的——可以以不同的容量或规格的DIMM组成双通道。但从这点也可以看出，如果真这么干了（用不同容量的DIMM组成双通道），RAID 0式的带宽提升也就很难实现了。因此，nVIDIA赢得了灵活性，但也降低了在带宽方面的追求，不过话又说回来，在Athlon平台上，追求更高的带宽并不现实。至于插在nForce主板上某两个DIMM槽中，性能就会有所不同，完全是具体设计上的原因，不必大惊小怪。

    综上所述，可以看出，因为CPU平台的不同而产生了两种不同的双通道设计思路，由于目前的DDR-400内存已经能完全满足AMD处理器的需要，所以设计成Intel那样的双通道是费力不讨好的，而DDR-400也能满足老一辈400MHz FSB-P4的需要，因此我们要客观看待两种不同的设计。nForce在AMD平台上虽然不能发挥双通道的带宽优势，但在多任务性能的提升上是不可忽视的。不过，TB结构也直接导致了SPP/IGP的引脚增加，毕竟至少多出了一条64bit数据总线与两条内存地址线，使SPP/IGP的引脚数达到了840pin，这在AMD平台芯片组中算是最多的了（KT333/400的北桥才只有552pin），同样的问题也困绕着Intel 865/875。由此便又引出下面的话题。

四、DDR SDRAM多通道设计的未来发展

    DDR SDRAM目前已经是市场上的绝对主流，今后我们所能接触到的多通道设计，也都会以DDR SDRAM为主。从nForce的引脚数大幅增加和问题，我们能感觉到DDR SDRAM内存由于64bit位宽所带来的压力，增加一个通道就意味着至少要增加64个引脚以供数据传输，这对于芯片组的设计是一个挑战。
支持双通道RDRAM的850/E北桥芯片的引脚数只有615个，支持双通道DDR SDRAM的865系列是932个，当然不排除为与865G做引脚兼容所做出的牺牲，但增加一个DDR通道所增加的引脚数的确不可忽视。这就给进一步增加DDR SDRAM通道提出了一个难题，不过Intel在其Itanium 2平台上所使用的E8870芯片组做出了有益的尝试。

    E8870要求必须是4条DIMM一组安装，达到了256bit的总位宽，数据传输率频率200MHz（DDR-200）以满足128bit位宽/100MHz QDR的Itanium FSB的带宽需要从结构图上，我们似乎看不出有什么不同，但深入分析它的内存控制架构，我们就会有新的发现了。

E8870内存控制架构

SNC（可变节点控制器）并不直接控制内存，而是通过外接DMH（DDR Memory Hub，DDR内存中心）来联接DIMM，那么我们要关注的就是用于DMH和SNC之间连接的Main Channel（主通道）的设计。

DMH细节示意图

    大家看到什么了？对，Rambus，主通道用的是Rambus通道的传输技术。也就是说，DMH本身是一个DDR控制+Rambus信号转换器，此时它所控制的子通道纯粹是为了增加容量而不是为了增加带宽，因为带宽已经被主通道的800MHz/16bit带宽（除ECC数据，纯带宽1.6GB/s，与DMH所支持的DDR-200/64bit的带宽一样）限制住了。
    倒过来再看SNC一方，由于采用了Rambus通道，使它的引脚压力大为减轻，否则以它的复杂程度，不可能做到1357引脚的水平。因此，这可以认为是其采用Rambus通道的一个最重要的原因。
    从E8870的设计上，我们能发现Rambus的确是有闪光点的，但在目前的情况下，也只有在如此高端的产品上才会出现它的身影。不过它的应用，在很大程度上提高了多路（大于2）DDR内存通道的可行性。

总结

    到此，相信大家已经对多通道内存技术有了较为深入的了解。至于VIA与SiS的多通道芯片组，在此不多说了，因为其思路不会在Intel与nVIDA之外；AMD的K8也是如此，双通道内存控制器虽然集成在CPU内部，但万变不离其宗，对于K8来说也只有提高带宽的一条路可走。
    可以肯定，由于内存速度提高相对缓慢，未来将是多通道系统的天下，或许很快我们都会用上多通道的系统。

    什么样的人会选择Kingston内存，除了自身的品味之外，更是出于对品质的要求。Kingston内存分为面向大众消费群体的ValueRAM系列与面向DIY发烧友与游戏玩家的HyperX系列。两种系列从外观上非常容易区别。在编号上，ValueRAM的启始字母为KVR。而HyperX的启始字母为KHX。我们可以这个方法来识别没有图片的文章中，使用的何种内存。

    本次评测室收到了Kingston送测的KHX4000K2/1G。规格为DDR500，容量1GB。这两条由精美包装封印的内存，立刻引起了编辑部的骚动。美编与程序员都以工作需要为由想先睹为快。“流程是不能改的，评测的产品，就要由评测室来完成！”我大声疾呼，以游戏规则赢来了这次为大家一展风采的机会。

生命，由坚毅的蓝色开始

     HyperX系列内存特点，由蓝色散热片所包裹。蓝色，象征着智慧与沉着。铝合金散热片由铰链连接分别紧贴内存颗粒两侧，内存与散热片之间由导热胶带粘帖，这个粘合力完全保证使用中不会脱落，但保险起见，Kingston还是以弹性扣具保证散热片与芯片之间的压力。内存两面分别印有Kingston与HYPERX，HYPERX就像被注入了生命的活力，你可以感觉到数据在其中飞速的流动。这是无生命的纯颗粒内存无法企及的。

规格，满足8000MB/S的飞速

     双通道DDR500的内存，可以提供多大的带宽呢？经过简单的计算，500MHz×2×64bit，得到的结果是8000MB/S。如果你对内存带宽没有任何概念上的理解，我们与显卡做个简单的比较。8GB/s的速度接近主流显卡FX5600的显存带宽 8.8GB/s，高过ATI9600的显存带宽 6.4GB/S。

    KHX4000K2/1G的性能指标是3-4-4-8，对于DDR500内存来讲，CL=2实在是太困难了，并且这款内存的电压为2.6V。低电压可以让发热量更小，而且有更广阔的超频空间。

测试，发烧友的最终选择

    测试方法：本次测试主要目的在于验证DDR500的可实现性。其次，测试DDR500与DDR400内存配合主流865主板在实际应用中的性能差异。
    内存带宽一直是困扰P4平台的顽症。RDRAM一直作为P4的旗舰平台的内存标准。直至875/865出现，双通道DDR内存才帮助P4解脱了内存的束缚。但前端总线的发展还是高过内存频率的提升。所以INTEL在865主板上除了FSB：RAM1：1的同步方式外仍旧保留了二种非同步方式来兼容进展缓慢的内存。5：4与3：2，在最恶劣的情况下，内存只能满足CPU2/3的带宽需求。

    以P4 2.4C为例，如果超频至1000MHz前端总线，内存需要工作在500MHz下，此时KHX4000即可大派用场。对于普通的DDR400内存，就需要将内存比例降至5：4，以达到安全的工作频率400MHz。

    为了配合这款价格超过4000元的内存，本次测试中其它配件也尽可能向它靠齐。主板选择了华硕P4P800，显卡为FX5900 ULTRA。

硬 件 环 境

CPU

Intel Pentium4 2.4C (800FSB)

主板

华硕P4P800 (I865PE)

内存

金士顿 KHX4000K2/1G KVR3200

硬盘

西捷酷鱼7200.7 SATA 120G 7200 8M

显卡

NVIDIA GF FX5900Ultra （256MB）

显示器

1024*768@100Hz 32Bit

电源

世纪之星 400W冷房版

键盘、鼠标

微软BASIC键鼠灵巧套装

    在KHX4000K2/1G上使用250MHz时钟频率，内存与前端总线同步，是件非常惬意的享受。首先它的电压只需要2.6V，以往的经验，内存加压同样可以提升超频能力，少数率先尝试DDR400超频DDR500速度的发烧友，内存电压都在3.2V以上。现在可以坦然的使用DDR500，这种稳定让你做任何操作都后顾之忧。而且，KHX4000K2/1G保证两条内存在规格与电气性能上完全相同，即使是最苛刻的要求，也可以兼容全部的主板。

    通过CPU-Z查看，内存已经同步工作在DDR500方式下。不过这款软件不能正确识别KHX4000K2/1G，毕竟KHX4000K2/1G在7月9日才发布。

    SISOFT 内存测试，同步方式下，得分超过5700分。由于华硕865主板在高于200MHz时钟频率时PAT功能失效。在某些主板中打开PAT，性能将会更好。

    如果使用DDR400内存，在时钟频率250MHz时，FSB：RAM的比例降为5：4，系统性能将被内存带宽所阻碍。此时的SISOFT内存只得到5300分。

 



　
Kingston DDR500
Kingston DDR400

Quake3 640X480
625.1
603.2

PCMARK Memory
10234
9765

SuperPI(越小越好）
43
45

3DMARK2001
16548
16134

RM压缩（越小越好）
145
147

DOOM3 640X480
125.1
123.7

    在以上的各项测试中，同步方式下的KHX4000K2/1G性能皆超过了非同步方式。它的妙处除了对内存性能的提升之外，更多源于对系统稳定性的提升。你不用对主板进行疯狂的改造即可享受DDR500的乐趣。其1GB的超大容量会吸引那些专业的设计师，这些以秒来计时的人员、速度与稳定远比内存的价格更重要。

    对于追求最强装备的游戏发烧友，如果你已经拥有p4 3 .2G的处理器，SATA硬盘组建的RAID0系统，FX5900 ULTRA显卡也已经纳入囊中，那么拥有KHX4000K2/1G这把利剑将让整套系统性能发挥得淋漓尽致。

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