选择内存条的必备知识：x16内存条为什么这么慢？2R和1R重要吗？

俗话说，知识改变命运。经常关注本专栏的读者虽说不能迎娶白富美走上人生巅峰，但活学活用学到的知识，来规避一些电脑消费中的陷阱还是可以的。更重要的，是了解其背后运作原理带来的智商上的优越感，可以缓解现实中囊中羞涩的窘迫，实为我等码农提高自尊的不二法门。

闲话休提，今天一早就有知友提问：

我忽然意识到业内人士认为理所当然的“常识”，并不能为大家所知，甚至对像Linus这样的资深科技博主也是一种刷新三观的新知识。Linus发现的新大陆[1]其实在DDR4内存出现后，就一直存在，相关知识并不是什么“秘密”，只是背后的原理晦涩难懂，对一般公众来说很难理解。

但相关知识却十分重要，因为我们确实能在生活中碰到各种内存：

图中我们就可以看到三种笔记本内存：1Rx8、2Rx8和1Rx16。这位知友和Linus同学的观察是准确的，x16的内存条确实比x8的内存性能差，我们应该尽量选择x8的内存条。今天我们就来一起探究一下背后的机理，以及进一步探讨一下“x4的内存条会怎么样？““1R和2R的内存条性能有没差异？”这两个有趣的扩展问题。

1Rx8和1Rx16是什么意思？

本专栏很早就介绍过内存条标签的含义：

我们一起来复习一下：

通过标签，我们知道这个内存条容量是4GB；1Rx16，说明它是1个Rank；x16，是指每个芯片（device）提供16个bit的内容；PC4是指它是DDR4；2400是频率。这是表面的意思，我们还能读出来些什么呢？

读过本专栏内存硬件介绍的网友：

还会知道，数据线有64根（不包含ECC），每个颗粒提供16bit，那么每个rank共需要64/16=4个颗粒。我们从图片中已经可以看到4个颗粒，所以这个SODIMM背面一定是空的。

x16为什么比x8慢？

一句话答案：x16的内存颗粒有2个bank group，而x8的内存颗粒有4个bank group：

我们拿Micron的8Gb内存颗粒[2]举例。同意提供8G bit的容量，它有三种Fuze：

分别是2G x 4；1G x 8；512M x 16。同样容量，厂家提供这三种配置有它们不同的应用场景：

1.x4主要用来搭建大容量内存条（想想为什么）。但因为每个rank都需要16个颗粒，所以信号完整性要求高，一般用在服务器领域。

2.x8是出货量最大的，最通用的配置，一般消费市场大部分就是这种配置。

3.x16因为只需要4个颗粒，应用于嵌入式或者PCB空间受限的场合，消费品市场见于低端产品。

x16和x8/x4的主要区别是Bank Group减半了：

我们来看一下x8的内部框图：

我们看到有4个Group。而x16只有2个group：

Bank Group是DDR4引入的，有助于提高性能。在不同BG读取或者写入数据时，可以部分并发，延迟较少。这里引入两个新的Timings：tCCD_S和tCCD_L。CCD代表“Column to Column Delay”。S是Short，L是Long。每个Group都可以单独工作，一次完整的8n prefetch不需要等待另一个group，所以是短的delay,也就是tCCD_S，一般是4。Group内部，每次都要等待一个更长的时间，也就是tCCD_L，tCCD_L随不同频率各不相同。我们这个例子颗粒中是多少呢？

tCCD_L是T10-T4，是6。比tCCD_S高了50%。

如果我们的数据十分凑巧，都分布在不同的group中，Bank Group会带来巨大的性能提升。最好情况下，2个bank groups和16n prefetch的提升一样，4个bank groups和32n prefetch一样。如果我们的数据刚好都在一个bank group中，频率又十分高，最坏情况，bank group不会带来任何好处。借助Bank interleave，我们的实际情况一般在最好和最坏之间。

x16只有两个bank group，而x8有四个bank group，这带来绝大的性能差异。如这位网友和Linus的结果，某些workload下有20%之多！这么大的性能差异，足以抵消一两代CPU带来的性能提升。

x4和2R呢？

我们再更进一步，扩展一下思考的范围。如果用x4的颗粒呢？我们先看看x4有几个bank group：

也是4个，所以从bank group这里带来的性能是一样的。实际上，x4和x8对生产厂家来说很容易互相转换，而x16是将4个bank group合并成2个的结果。另一方面如前所说，x4需要16个颗粒，带来了信号完整性的调整，往往延迟较高，或者用RDIMM、LRDIMM的形式，反倒不美。如果我们限定两者Timing完全一样，我个人的观点是性能应该差不多。

2个Rank和1个Rank究竟谁快呢？2个Rank意味着需要CS片选切换，带来了性能的负面影响。但由于内存容量增大，带来亲缘性的正面影响。两者相互抵消，我认为两者性能的差异可以忽略。

综上，购买笔电或者台式机内存应该选择x8的内存条，避免x16的内存条。1R还是2R可以不必担心。

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