DDR5提升微小,为何还不及CPU提升?

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yh0704

2026-01-25 04:22

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DDR5的提升很微小,和CPU比起来,这种提升几乎能够忽略不计。几十年来,在2005年之前,内存性能(带宽)与CPU性能之间的差距一直在扩大。内存性能完全跟不上CPU的处理速度,这严重拖累了CPU性能的发挥,内存墙问题一直存在。2005年起,CPU发展速度减缓,二者差距才没有进一步拉大(见图一)。从图二可知,从DDR到DDR4,带宽仅仅增加了区区5倍,而同期处理器性能至少增长了数十倍。特别是多核处理器出现后,内存带宽更是力不从心,完全无法跟上发展步伐。DDR5相较于DDR4仅增长了2倍左右,并没有本质性的提升。补充内存带宽的计算:DDR的频率即总线传输频率。像DDR3200,意味着每秒有3200次Transaction(由于DDR上下沿都采样数据,所以总线频率为1.6GHz)。如今的DDR单通道为64位,那么单通道带宽就是3200乘以64位,等于25.6GB/秒,DDR5 6400则翻倍,达到51.2GB/秒。相比之下,L1缓存的带宽能达到7000 - 9000GB/秒,是DDR带宽的至少100倍以上。

缓存算是一种无奈的妥协,毕竟存储器技术的发展速度远不及处理器技术。依据缓存的局部性原理,减少内存访问,让95%以上的访问都集中在各级缓存。而且运用多种预取技术、写回Buffer等技术来降低内存访问量。各类缓存技术虽带来维护数据一致性的复杂问题,但为了整体性能也只能如此选择。

从访问延迟(见下2图)来看,内存速度慢得可怜,比L1缓存慢100多倍。过去几十年,内存带宽增了2万倍,可延迟仅减少8倍,二者差距大得惊人。

英特尔
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近期人工智能发展迅速,GPGPU对内存带宽的需求已明显成为瓶颈。Google关于TPU的研究表明,存储带宽提升4倍时,性能平均可提高3倍,而其他技术提升对性能的提升幅度相对较小。

最近的趋势是让内存更靠近CPU或GPGPU。距离近了,信号传输距离就短,总线能在更高频率工作,存储器位宽也能增加(像从DDR总线的64位提升到HBM总线的1024位),进而得到更大带宽和更小延时,内存访问的能耗也会大幅降低。GPGPU芯片封装内的HBM内存便是例证,如今CPU也开始把内存集成到封装里,如英特尔最新的Lunar lake CPU。

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