DDR4應用限制

世上沒有白吃的午餐。雖說DDR4具有上述的優點，但在應用上卻有額外的負擔。
首先，跟DDR3相比，DDR4讀寫指令需要更長的啟動時間週期(Read Latency或Write Latency，也就是讀寫指令下達後需花費多少時間週期數據才會出現在接口上)，因此在相同頻率下，DDR4的讀寫效率會比DDR3低。
這其實是可以理解的。隨著半導體製程技術的提升，內存對外的接口邏輯電路的速度也越變越快，但內存內部的反應速度卻沒有增加，因此對外部的控制電路而言，DDR4的讀寫指令需要更長的時間週期才能被啟動。

換句話說，DDR4的輸入頻率頻率或許可以比DDR3快上一倍，但內存的反應速度並沒有增快一倍，因此隻好定義更多的讀寫起始週期來因應。

若因為系統的限制，使得DRAM的輸入頻率無法達到太高的頻率時，DDR3的讀寫效率會比DDR4來得好。

其實從DDR2進展到DDR3時也有類似的問題發生。新一代的內存在剛推出的時候，價格不但偏高，同頻操作下的效率又比舊型內存差，總要過一段時間，市場對高速內存的需求升高，再加上產能提升帶動單位內存價格的下降，才會真正達到世代交替。

其次，DDR3有8個獨立內存組(bank)，每個bank可獨立接收讀寫指令。控制DRAM的邏輯電路若妥善安排內存地址，可以減少相鄰讀寫指令間等待的時間，降低數據總線額外閒置的機率，提高傳輸的效能。

DDR4雖然將內存組數增加到了16，但卻加入內存群組(bank group)的限制。不同bank但若屬於同一個bank group，連續讀寫指令間必須增加等待時間週期，造成數據總線的閒置機率升高，傳輸效能降低。

在此種限制下，如何充分利用數據總線以達成最高效率，對於控制DDR4的邏輯電路設計是新的挑戰。

目前各DRAM大廠已陸續推出DDR4的內存模塊，英特爾最新個人計算機旗艦平台—Haswell-E搭配X99芯片組全面支持DDR4，價格上比相似規格的DDR3貴上20~50%，實際使用起來卻感受不到太大的差別。

其實內存的執行速度雖然重要，多數情況下並不是系統效能的瓶頸所在，因此，價格如果不能大幅降低，對桌面計算機的消費者而言，改用DDR4的誘因不大。
DDR4内存能引领新革命吗？难！

2014Q1~Q2全球品牌DRAM營收排行表

DDR4内存能引领新革命吗？难！

品牌DRAM各國市占率

移動DRAM興起帶動市場需求
2013年美光(Micron)並購日本內存大廠爾必達(Elpida)後，全球DRAM生產幾乎由前三大公司三星(Samsung)、海力士(SK Hynix)以及美光所霸佔，僥倖存活的少數廠商隻能轉而幫其他大廠代工，或是改為生產具有市場利基的產品。
低功耗的移動DRAM(mobile DRAM)逐漸取代標准型DRAM，成為DRAM產業最重要的市場。根據DRAMeXchange所做的統計，蘋果(Apple Inc)已是全球DRAM最大採買商，預計2015年蘋果產品將佔用全球25%的DRAM產能。

DRAMeXchangee更進一步預測，2014年占整體DRAM產出的36%，2015年有機會突破40%大關。由此趨勢看來，未來幾年，行動內存大有機會取代標准型DRAM，成為最大的DRAM產出。

目前高階智能型手機或平板計算機上的DRAM配備容量是1-3GB，對省電方面的要求更加嚴格。今年多家手機大廠新推出的旗艦型智慧手機計畫將搭載低功耗的移動DDR4(LPDDR4)，加上蘋果新一代iPhone與iPad將提高內建DRAM容量，預期LPDDR4將比標准DDR4更快普及。

看准移動DRAM的商機，DRAM三大廠紛紛宣佈設置新設備來增加移動DRAM的產量。
在標准型DRAM方面，雖然個人計算機市場需求下滑，但近年來雲端運算與雲端數據儲存應用的崛起，帶動服務器設備需求逐年攀升，服務器DRAM也跟著穩定成長，成為標准型DDR4切入市場的契機。

以DRAM的基本結構(一個電容和一個晶體管組合成一個記憶單元)來看，未來在速度與耗電量的改進空間不大，產學界早已積極開發類似的內存架構，例如Z-RAM、TTRAM等，DDR4會不會是末代DRAM標准，誰也無法預測。

台灣的DRAM產業曾經是台灣科技界指標性產業，但經過10多年的巨額投資，終究還是敵不過韓國與美國大廠，在下一個DRAM週期的春天來臨前就黯然退出主要競賽行列。僥倖存活的少數廠商隻能轉而幫其他大廠代工，或是改為生產不被大廠青睞、市場規模較小的產品。
如今內存整體市場已經跟10年前大不相同。移動設備與物聯網所帶動的市場需求，明顯地朝向更小、更省電的方向，而非一昧著重在速度跟效率上。若能好好掌握這股新的趨勢，未來台灣廠商在內存產業還是大有可為。

作者：徐文芝
現任：北美智權教育訓練處研發創新顧問
經歷：美國Marvell公司資深工程師、美國普渡大學電機工程碩士。專精技術領域：數字IC設計、圖像處理、內存控制、系統芯片設計