基本介紹
- 中文名：XDR記憶體
- 外文名：eXtreme Data Rate
- 最終名稱：Rambus的黃石
- 效果：人難以置信的頻寬
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黃石計畫
Rambus是一家位於美國加州洛斯拉圖斯市的小公司，這家主要以智慧財產權作為核心的公司規模並不大，因為其並沒有自己的工廠，但其當年憑藉RDRAM記憶體一炮打響從此受到人們的關心。這個公司曾經是Intel的主要支持廠商之一，RDRAM很長一段時間內一直作為Intel的推薦記憶體配置之一，不過由於RDRAM在一段時間內一直沒有大的技術架構改進，效率提升並不明顯，為此Intel也放棄了對RDRAM記憶體的支持，850E晶片組+PC1066 RDRAM的組合成為Intel同RAMBUS公司的最後一次全力合作。
當然，RDRAM記憶體的失主要是因為DDR記憶體的逐漸成熟有一定關係的，DDR記憶體相比原來的SDRAM記憶體物理架構變化並不大，但性能卻可以有很大提升，隨著DDR記憶體頻率的不斷提升以及雙通道DDR記憶體方案的出現，一個高性能，低成本的記憶體解決方案已經徹底被DDR記憶體所占據。雖然Intel目前已經退出了RDRAM記憶體的使用，但還是有一些廠商在推廣RDRAM記憶體，SIS是目前唯一同RAMBUS有親密合作的主流晶片組廠商，其新發布的SiS659晶片組是採用RDRAM記憶體的新產品。
其實客觀的來看RDRAM記憶體，這還是一個非常不錯的記憶體解決方案，並且其潛力是非常巨大的。目前的RDRAM即使只使用16bit的位寬也可以獲得相當驚人的傳輸速度，並且同處理器匯流排保持一致的頻率也讓系統效率變得更加容易發揮。不過目前圍繞著RAMBUS公司的情況確實非常的艱巨，高昂的成本以及很少的主力合作夥伴都讓RAMBUS變得孤立無援，如果繼續這樣下去，RAMBUS公司前景不容樂觀。值得慶幸的是7月10日，RAMBUS聯合Toshiba（東芝）以及Elpida推出了新一代的產品XDR記憶體解決方案，這種記憶體解決方案就是基於此前相當著名的黃石（YellowStone）計畫。
黃石計畫是於2001年的Rambus Developer Forum 2001會議上確立的發展計畫，計畫核心就是以全新的面貌來展現RDRAM記憶體，黃石計畫從規劃到正式提出花了三年的時間，正式啟動也花了兩年的時候。
技術前瞻
XDR的8倍數據傳輸率主要依靠以下技術實現。首先，主機板的時鐘信號提供了XDR上的時鐘鎖相環的基礎信號，並把晶片內部時鐘信號提高到1.6GHz，這是由RDRAM顆粒內部的時鐘鎖相環來實現的。而數據在這個時鐘信號的兩端同時傳輸，因此它能達到3.2GHz的頻率，是系統時鐘頻率的八倍。其實在1992年雙倍時鐘速率的RDRAM就已經推出，當時它的工作頻率是256MHz，而數據傳輸率是500MHz，它是通過在時鐘信號的上升延和下降延來傳輸信號，這樣就把時鐘頻率提高了一倍，這點和DDR SDRAM的工作原理是一樣的。四倍RAMBUS信號模式可以使用更多級別的信號來在一時鐘周期內可以傳輸4bit數據，可以理解為在RAMBUS顆粒中使用了2倍的時鐘頻率，然後通過在時鐘信號的上升延和下降延同時傳輸信號來達到4倍的數據傳輸率。現在8倍數據傳輸率可以在400MHz的系統匯流排頻率下使用1.6GHz的頻率，相當於每個時鐘周期傳輸8bit數據。對比一下，DDR SDRAM記憶體可以在一個時鐘循環中傳遞2個Bit的數據，因此命名為“Double Data Rate”。按照這種命名方式，XDR也許可以稱作ODR了，也就是“Octal Data Rate（八倍數據傳輸）”，這也是XDR產品如此高頻率的關鍵。
現在的電腦似乎只有雙通道和四通道記憶體模式，不過XDR模組技術則官方宣布可以達到八通道模式（51.2GB/s頻寬），在今後可以達到更高的標準。這樣的規格表明XDR並沒有（或者說不僅僅）面向PC市場，Rambus還希望它可以在控制台、網路設備等市場有所作為。
對於XDR記憶體來說還有幾個特點是必須要指出的，首先就是Differential RSL（微分RSL傳輸）：DSRL技術允許XDR使用標準的PCB板和標準阻抗，因此終結電阻可以設定到晶片內部，因此不需要額外的中結器，這對於RDRAM的發展來說是很重要的，可以大大簡化RDRAM模組的使用和配置，並且可以降低系統的成本。而DDR主機板需要花費成本和PCB板空間來安置終結電阻。而晶片內部的終結器是不需要花費什麼成本的，它還可以提供更加乾淨的信號。
DRSL另外一個好處就是超低電壓信號傳輸，它的信號閥值電壓只有0.2V，而DDR的信號閥值電壓從TTL的3.3V降到了SSTL的2.5V，而XDR記憶體的DRSL只有0.2V。LVTTL和SSTL並不是純淨的方波，信號幅度高低各不相同，而RSL和DRSL的信號電壓很少。
不過，雖然內部工作原理同DDR記憶體有一些相似之處，但是真正要使用XDR記憶體卻並不如現在的DDR記憶體那么簡單，因為實際上的外部接口上來說XDR記憶體同DDR是完全不同的，相對而言XDR記憶體到和RDRAM記憶體比較相似，兩者都採用了16位的記憶體控制器，不過XDR做了一些改進來達到更高的工作頻率。
在XDR控制器的左側和下部各有一個XMC。不過每個XDR記憶體模組的工作頻率都是3.2GHz，那么XDR記憶體就可以給我們帶來12.8GB/s的頻寬。XDR的每個記憶體通道都需要在盡頭有自己的終結器（Termination），這個設計也是同RDRAM一樣。XDR記憶體可以在實際的記憶體模組中包含這樣的終結器，而不需要採用獨立的終結模組（C-RIMM的設計），不過由於串列的特點，匯流排還是需要終結器的。
我們在這裡看到XDR記憶體和RDRAM記憶體最大區別就是XDR有獨立的數據和地址/指令匯流排。Rambus的結構需要數據通過所有的記憶體模組，這也造成了RDRAM的高延遲性（相對於DDR而言），XDR通過兩條獨立的匯流排解決的這一問題，其中地址/指令匯流排還是需要經過所有的記憶體模組，不過數據則可以由記憶體控制器直接進入對應的模組。顯然，XDR簡潔的內部構架要比當時還在醞釀中的DDR3更為合理和先進。
和RDRAM一樣，XDR也需要一個獨立的頻率發生器晶片。RDRAM的頻率發生器是其能否在主機板上超頻工作的關鍵，也決定了RDRAM能夠以怎樣的頻率工作。如果RDRAM的頻率發生器質量不夠好，那么將會限制記憶體模組的性能發揮。不過這一切對於XDR而言都不是問題了，Cypress和ICS都已經簽約為XDR製造頻率發生器。
儘管Rambus會在第三方廠商設計自己的XDR記憶體控制器時提供技術和人員的支持，不過讓那些進入DDR領域的廠商重新設計記憶體控制器可不容易。比如說ATI和nVidia，兩家公司都想設計出更高頻寬的顯示卡顯存系統，如果已經在DDR記憶體控制器上投入了上百個工程師和無數的金錢之後，轉到DDR II記憶體只需要一些小的改動，不過採用全新的XDR，恐怕並不容易。 XDR記憶體比較有意思，這次架構同目前實際使用的DDR、DDR II並沒有太大的差別，但XDR卻依舊擁有自己的智慧財產權。XDR在今年年內會有樣品出現，明年中後期正式推廣，同原來一樣三星依舊是RAMBUS的核心夥伴，另外東芝和Elpida也將出現。
DDR和XDR之間最大的差別是就在記憶體控制器和實際記憶體晶片的接口上。這並不會讓人感到奇怪，Rambus已經將自己定位成了一家“接口”公司，他們宣稱中檔的XDR記憶體也要比目前的DDR400記憶體快8倍，而最新款的XDR-II記憶體速度已達到DDR667的16——20倍。
產品定位
目前具有一身本領XDR只能在索尼的PS3遊戲機上顯一把身手，儘管網路、桌面和工作站領域對記憶體的要求越來越高，不過在這些領域都沒有用到我們提供的全部頻寬。AMD和Intel的最新款晶片組都可以提供6.4GB/s的頻寬，不過我們沒有發現這和3.2GB/s頻寬系統在性能上有什麼差別。既然這樣，那么XDR記憶體的最大亮點“高頻寬”在主流PC上就沒有什麼發揮的空間，當然這個僅指當前的電腦。
正因為這樣，Rambus就將XDR記憶體的第一目標定在了顯示卡市場，這是一個意義重大、影響深遠的舉動。在顯示卡領域，顯存頻寬是制約顯示卡性能發揮的重要障礙。設計師們需要不斷提高顯存的接口位寬來得到更高的顯存頻寬，這樣顯然大大提升了顯示卡的成本。如果用低成本、針腳數少、頻寬高的XDR記憶體來取代目前的256位DDR、DDR II記憶體，那么其頻寬可以很好的滿足GPU需要。
不過Rambus不準備將全部希望放在顯示卡上，他們會計畫向高性能網路設備、移動PC、超級電腦等方面進軍，當然還有遊戲主機市場。Rambus在遊戲主機市場成績還是不錯的，任天堂（N64）和Sony（PS 2）都採用的Rambus技術，同時Sony更具有Yellowstone的技術許可。Rambus在這片市場大有可為。
Rambus並沒有放棄PC市場，僅僅是沒有將其定位第一目標，目前也不是XDR進入的最佳時機。XDR的希望在今後的2、3年，CPU和I/O頻寬將會對記憶體提出更高的要求，DDR和DDR II將無法滿足其需要，而XDR將可能通過充分的準備成為PC領域的一種不錯的選擇。PCI-Express、SATA、Ultra640 SCSI等新技術以及5GHz以上的處理器將會對記憶體頻寬提出更好的要求，這就是XDR的機會。
而且Rambus已經對未來的PC記憶體模組做好的規劃。由於之前的Rambus記憶體模組稱為RIMM，這次使用XDR記憶體的模組就被稱為XDIMM了。由於XDR是一項全新的技術，XDIMM的技術細節沒有過多的公開，不過我們還是可以猜測到一些大概。
產品介紹
目前XDR的生產商主要有東芝、三星和Elpida。東芝早在2003年底就推出了頻率高達3.20GHz容量為512Mb的XDR DRAMs工程樣品，這在當時是世界上運行速度最快的存儲器，該版本樣品編號為記憶體樣品的編號為TC59YM916AMG32A、TC59YM916AMG32B和TC59YM916AMG32C。之後三星與2005年初推出了256Mbit 4GHz的XDR DRAM記憶體。2005年3月，東芝發布了運行速度高達4.8GHz的第二代XDR DRAM樣本——TC59YM916BKG，其容量為512Mb，運行周期為40ns，而三星則推出6.4GHz的產品。同年9月，Elpida的512Mbit 3.2GHz XDR DRAM產品正式量產。
記憶體技術
當年Intel力挺的Rambus在與DDR記憶體標準之爭中被擊潰之後，痛定思痛，今年再次以新一代的XDR記憶體來抗衡未來的DDR記憶體，並將它命名為XDR2。究竟高達8GHz時鐘頻率的XDR2會對DDR3造成威脅嗎？
【XDR2 Micro-Threaded架構】
XDR 2是Rambus推出的第二代高速記憶體技術，XDR2主要依靠降低記憶體迴路干擾，再加入上一代XDR原有的FlexPhase和Micro-Threading記憶體架構等技術來提升效能。與此前的XDR的6.4GHz時鐘頻率相比，這種XDR2記憶體的性能再次攀升，使它能提供8GHz的時鐘速度。
XDR2記憶體擁有Micro-Threaded架構，這是它速度提升的一大動力。由於XDR2在設計之初就著眼於顯示卡套用領域，在這一技術領域上常用到的訪問操作與在電腦上的主記憶體不大相同。因為顯存經常會訪問一些小容量的離散數據集合，所以就很有必要對這類套用進行最佳化。XDR2採用了Micro-Threaded架構，可以針對這一操作進行架構最佳化，Rambus把它稱之為微執行緒架構。
因為此前在RDRAM記憶體上只有兩個數據通道結構，並且每個通道位寬只有8 bit。RDRAM的一個邏輯Bank由兩個子Bank組成，每個子Bank各接有一個數據通道，因此共有16bit的位寬。當記憶體工作之時，兩個子Bank同時定址並將各自的數據傳向數據通道A與數據通道B。 RDRAM核心在一次行訪問間隔中至少要傳輸64位元組的數據，而在一次列訪問間隔中，至少要傳輸32位元組的數據。不過在顯示卡的套用中，這樣大的顆粒度往往會造成頻寬的浪費，因為在訪問一個圖形對象時，一般用不到如此大的數據量，這與圖形套用的特點有很大的關係。面對這樣的技術缺陷，新一代的XDR2可以依靠Micro-Threaded架構來更好地運用較高的位寬。
【XDR2與XDR有何不同】
XDR2與XDR記憶體在整體的架構上差別不大，最主要表現在不同的系統時鐘頻率和數據傳輸頻率繼續攀升等相關匯流排速度設計之上。
XDR2將系統時鐘的頻率從XDR的400MHz提高到500MHz，此外，在用於傳輸定址與控制命令的RQ匯流排上，傳輸頻率從800MHz提升至2GHz，也就是XDR2系統時鐘的4倍。另一方面，XDR2的數據傳輸頻率由XDR的3.2GHz提高到8GHz，也即XDR2系統時鐘頻率的16倍，而XDR則為8倍。因此Rambus將XDR2的數據傳輸技術稱為16位HDR數據速率。XDR2記憶體晶片的標準設計位寬為16bit，也可以像XDR那樣動態地調整位寬，按每個數據引腳的傳輸率為8GHz計算，一顆XDR2晶片的數據頻寬就已經高達16GB/s的水平了。相比之下，目前速度最快的GDDR3-800的晶片即使位寬達到32bit，但數據傳輸率只為1.6Gbps，6.4GB/s的單晶片傳輸頻寬只有XDR2的40%水平，顯然，兩者的數據傳輸率差距相當大。
【XDR2的技術特點】
除了備受關注的Micro-Threaded記憶體架構設計之外，RAMBUS為了保證XDR2系統的穩定運行，同時又要讓XDR更有效率，因此XDR2在繼承了XDR的優點之後繼續加入全新的輔助設計來提升效能。XDR2集成了多個重要技術，為了在記憶體子系統中減少對信號質量有影響的邊緣效應，在XDR2上獨有的FlexPhase電路設計可以在實時操作的情況下調整速度、電壓和溫度。XDR2還具備以下技術特點：
◎實現零刷新占用功能
在以往的DRAM進行刷新之時，它是對所有邏輯Bank的相同地址行進行刷新，當遇上其中某一Bank處於工作狀態或者要訪問某一Bank的時候，就很容易與刷新操作產生衝突了。然而，新的XDR2系統採用了特殊邏輯Bank設計，它可以採取交錯控制進行刷新，實現了零刷新占用功能，從而避免了因刷新操作而影響正常定址情況的發生。
具備動態位寬調整功能
XDR2跟XDR記憶體相似，具備了動態位寬調整的功能，它可以有2bit、4bit、8bit等動態調整接口的位寬選擇，所帶來的好處就是可提高XDR2設計的靈活性。當位寬改變之後，訪問顆粒度就會隨之改變，2bit、4bit、8bit時的列訪問顆粒度分別對應為2位元組、4位元組和8位元組，頻寬也降至2GB/s、4GB/s和8GB/s的水平。
◎具備彈性相位控制自適應功能
當記憶體的速度不斷攀升之時，XDR2的彈性相位（FlexPhase）同步電路就會發揮作用，它可進行補償處理，實時應對電壓與溫度變化所產生的影響。在XDR2系統中，彈性相位控制這一功能是由XIO來完成的，精度可達2.5ps的水平。彈性相位技術可讓信號具備數據/時鐘同步與自校準的能力，從而使外圍有關時序跟蹤的設計與布線變得非常簡單，並有助於提高同步性，提高匯流排利用率。
【GDDR3的有力競爭者】
在套用領域方面，當前XDR2的目標依然是針對高端的顯示卡市場。現在NVIDIA與ATi兩大圖形晶片巨頭的高端顯示卡均配備了GDDR3顯存，XDR2的推出成為了GDDR3在這一領域中的主要競爭對手。就單顆晶片而言，現在當前最高速度的GDDR3的頻寬僅為6.4GB/s，而XDR2就已經高達16GB/s。如此一來，在保持相同訪問效率的同時，XDR2性能至少是GDDR3的2.5倍，單就這一點來說，就有了很大的優勢。顯然，XDR2已經擺脫了Rambus記憶體長久以來在隨機訪問方面的劣勢，這跟DDR的架構頻率越高所需延遲周期越多密切相關。
在耗電方面，雖然GDDR3的標準設計是1.8V，但最高速的GDDR3-800已經攀升到2.0V，而XDR2-500仍可以保持在1.8V，與第一代XDR記憶體持平，這對顯示卡減負能耗提供了一定的幫助。
未來發展
Rambus如果可以找到合適的夥伴，他們可以完成在XDR上的各種承諾。當初他們推出800MHz的RDRAM產品時受到了廣泛的懷疑，不過最終的產品打消了人們的疑慮，甚至推出了更高的1066MHz產品。現在的3.2GHz和4.0GHz工作頻率的XDR產品會面臨散熱的問題，不過Rambus對解決這樣的問題充滿信心，並認為不需要採用什麼誇張的散熱系統。當XDR進入生產階段時，Rambus的合作廠商將可以採用0.11微米或0.10微米技術，這將使XDR產品比目前0.13、0.15微米製程的產品在散熱上好的多。
XDR的不利因素就在於成本過高，它想要成功就會很難。在DDR先入為主的情況下，XDR只有在性能或售價上下一番工夫才行。
Rambus通過XDR的推出表明他們不會讓DDR家族“一統江湖”，競爭對於普通用戶而言總是一件好事，XDR和DDR之間的競爭越是激烈，我們就越是會從中獲得好處。究竟DDR，XDR誰主沉浮，那就需要時間來證明了。
