内存原理，一个大多数觉得懂了，实际一知半解的问题?

内存大家都很熟悉了，但是你们有没有想过，电脑是如何去读取每一个bit的数据？DDR5的内存条容量，有8GB，16GB，32GB，甚至32GB，借助3DS堆叠技术，或者CAMM（Dell最近发明的），容量甚至高达128GB，256GB。

这么大的容量，该怎么管理呢？

假如一个存储单元是一名士兵，给你一个274,877,906,944名士兵，你该如何管理他们，才能做到人尽其用并且快速响应呢？

那就不得不介绍一下内存的组织架构了。

Cell

最基本的存储单元，也就是一个bit存储的单元，叫做1C1T，一个三极管+一个电容，电容负责指示1或0，三极管负责与外界导通。电容的电量（电压）代表了1bit数据，电压高于参考电压代表1，电压低于参考电压代表0。

Columns

把多个1C1T的单元连成一排，就是所谓的row，也叫word line，从DRAM中读取数据的时候，每次只能从一条word line上读数据。

Rows

把row排起来，用bit line连接，便形成一个存储阵列。

这是cell更多的阵列：

再多一点，让密集恐惧症发作：

好了，行和列的数量也是有限制的。每次读数据的时候，只能打开一行（row)来读取，而cell上数据可以保持的时间是有限的，如果不就是刷新，数据就会丢失，这也意味着row不可以太宽。太宽的话，在一个刷新周期内不能读完，就会极大地影响读写速度。典型的row的宽度是8192个字节。

到这里，就可以祭出DDR5 SDRAM diagram的神图了：

这张图在各家DRAM厂商的文档中都能找到，搜索function block diagram即可，下面这个链接是Micron 16GB的：

Bank

在这个图里，最小的访问单元是我们刚刚提到的bank，它的容量是65536 x 8192，也就是说，row的宽度是8192bit，一共有65536个row。

你肯定要问了，为什么图中将8192写成64 x 128？

因为DDR5的burst length默认支持16，对于一个x8的SDRAM，每次读写时，会将16x8 （128）bit的数据放进buffer里，每行的8192个bit，实际上是64次读/写进buffer。

Bank Group

由于SDRAM中的I/O routing，sense amplifers是相对造假高昂的部分，所以多个bank会共用一套I/O routing和sense amplifier。共用一套I/O routing的banks称作bank group，同一个bank group中的banks不可以同时访问，也就是说每个bank group同一时间只能有一个bank被访问。

由于访问内存单元最耗时间的部分是row active和precharge （后续的文章会详细介绍timing），真正read/write的速度是很快的，所以为了提高内存的访问速度，每个SDRAM上都会有多个Bank Group，在一个bank做activate或者precharge的时候，其他bank group的bank可以同时被访问，这样一来，内存的访问效率就大大提高了。

DDR5的Bank Group相比DDR4加倍了，一共有32个banks，8个bank group。

SDRAM

bank group凑成了我们通常所说的一个SDRAM芯片，有时也直接叫DRAM芯片，也就是内存条上的每一块黑色的小芯片

Rank

每个SDRAM chip的位宽，通常是4位，8位，或者16位，而x86的内存控制器（memory controller）访问内存时，通常是64bit的位宽，这就需要把不同位宽的SDRAM芯片平行地拼起来，凑出64bit给内存控制器来访问。

如果是x4的SDRAM，一排16个SDRAM芯片可以凑出64bit；同理，x8的SDRAM需要8颗，x16的SDRAM需要4颗。

这就是为什么你们看到的内存条上的SDRAM芯片数目各不相同的原因。

这一组64bit的数据，恰好是内存控制器可以同时访问的一组SDRAM，从内存组织的角度，这叫做一个Rank。细心的话，你们会在内存的标号上发现类似1Rx8, 1Rx16的字样。这里的R指的就是Rank。

DIMM

通常，一根DIMM上有1个Rank；为了提高内存条的容量，一个简单的方法就是在一份内存条上放两组SDRAM，这就是所谓的Dual-Rank的内存，比如下图中的DIMM，其容量比同位宽的single rank的DIMM多了一倍。

很多人看到这里要问了，之前我在文章里讲过，DDR5的DIMM有两个sub-channel，每个sub-channel是40bit，一共是80bit，这里为什么变成64bit了？

其实额外的16bit，也就是每个sub-channel有8bit，是留给ECC的。系统用到的数据只有64位，同时DIMM的每个rank会有一颗或两颗SDRAM chip是专门留给ECC的，比如下面这个ECC DIMM，每个Rank包好了10颗x8的SDRAM颗粒，组成了80bit的位宽，其中64bit是数据，16bit是ECC

本文讲到这里就可以结束了，DIMM的种类，可以参考这篇文章：

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