【转帖】颠覆你对低电压版DDRIII的印象～～～

misterben

对岸TP非官方情報站oiko的大作


低电压DDR3不一定比较省，挖掘内存的耗电量真相




大概要从上个月先说起，站长在拿到ThinkPad X230实机后，找一天邀笔者前往试用。笔者很荣幸在第一时间就有体验X230的机会，当时站长已经大略测试完毕，也同时跟笔者讨论一些使用心得，以及测试中遇到的问题。对于X230这台机器，两人共识都是无法接受六列孤岛式键盘的改变，而且笔者觉得同样是孤岛键盘，X230的手感却比T430还要差，算是颇令人失望。

前面有点离题了，把焦点拉回正题，当时站长向笔者问了一个问题：我在测试X230的电池续航力时，搭配DDR3内存的电池时间，竟然比低电压的DDR3L还要长，为什么DDR3比DDR3L还要省电？

为什么DDR3比DDR3L还要省电？
为什么DDR3比DDR3L还要省电？

因为DDR3L内存模块是站长自掏腰包，从对岸网购到台湾，原本预期可以实际验证「DDR3L更省电」这件事，但跑出来的结果却完全相反。所以站长当时多次向笔者表达讶异与不解，并详细说明测试时的配置，感觉有点难以接受这个测试结果。笔者听完以后，告诉站长这个现象很正常，当时受测的的2组内存，就是DDR3比DDR3L还要省电，站长的测试不但没有错误，而且结果非常精确。听完这些解释以后，感觉站长反而更胡涂了，也许内存耗电并不是三言两语就能简单解释的课题。

正巧笔者原先计划在某杂志上，刊登有关内存耗电量的专文，主要是告诉读者如何挑选真正省电的内存，无奈之前缺乏写作动机，一直没有实际动笔完成。这次站长遇到的测试状况，正好给了笔者写作灵感，花了一些时间把文章完稿，这篇拙作笔者决定不放在杂志，改为「赞助」本站与网友共享。这篇文章的文字也许比较多，如果各位网友能像阅读杂志一样，慢慢地把本文看完，相信在这个主题上，会得到一些日后采购的参考性。

[ Edited by  misterben on 2012-7-12 16:38 ]

misterben

续航力关键：电池容量、整机耗电量

续航力与省电效果，一直以来都是笔记本电脑发展的重要课题之一。提升续航力的最直接方法，当然是加装容量更大的电池，假设出厂搭配的原厂电池只有4-cell（容量约29WH），那它的意思是在输出功耗29W的环境下，能够提供1小时使用时间。一般ThinkPad X系列在闲置与轻度字处理时，耗电量大约是10、15W，透过换算可得知4-cell的实际续航力只有2、3小时。如果直接换成容量更高的6-cell电池（约58WH），或是9-cell电池（约87WH），续航力当然会再按比例提高。但换装大容量电池并非毫无缺点，首先是更贵的取得成本，另一个是携带重量的增加，若电池不换，要提升续航力只剩下降低耗电量这条路。

桌面计算机根据笔者实际经验，目前主流的Intel Sandy Bridge平台，它的耗电量已经可以压得相当低，算是好几年首见的省电平台。若以单主机不含屏幕的配置来测试，可以得到闲置只有30W，满载大约是50W的耗电量，这已经是很漂亮的数字，如果跟笔电比较呢？其实笔者也很好奇这个问题，刚好手上有一些ThinkPad X系列的机器，于是挑出3台有代表性的机种，再统一搭配原厂90W变压器，用变电家电表实际测量耗电量。

第1台是X60系列旗舰机种（1706-BW5），它搭载当时最高阶的T7200处理器，特色就是很热，实测闲置耗电量约19～21W，满载耗电量可以飙到47W左右。第2台是X200s的旗舰机种（7469-RW9），它采用高价材质CFRP+GFRP的屏幕背盖，算是X300系列下放的技术，让整机重量只剩1.1KG，拜SL9300低电压CPU之赐，实测闲置耗电量只有13～14W，满载是29W左右。第3台是X220i的入门机种（4287-A13），它就没什么特点了，闲置是15W，满载约36～37W左右。

由此可见，就算桌面计算机再怎么省电，还是远远追不上笔记本电脑。而且笔记本电脑的耗电量已经包含屏幕，如果再加上屏幕的数据，桌上型与笔记本电脑的耗电量会差更多。

▼这是一台没有独立显示适配器，Intel Sandy Bridge双核心平台，内存4GBx2的桌面计算机，它不论在闲置或满载的状况下，内存耗电量占全系统的比重只有4、5%左右，几乎是可以可以忽略的比例。




NB要省电，内存也是关键

拜科技所赐，现在笔记本电脑都采用为省电特化的零组件，像是耗电量更低的处理器与芯片组、屏幕面板、2.5吋硬盘与SSD等等，它们的耗电量都比桌上型零件还要低很多。虽然笔记型零件大多比桌上型还省电，但其中唯独一项例外，那就是内存。有人可能会问，笔电使用的内存是体积比较小的SO-DIMM模块，它的耗电量怎么可能没比较省？事实上，不论是笔电或桌面计算机使用的内存模块，它们都是共享一模一样的内存颗粒（IC芯片），之间差异只是DRAM模块的电路板形状，一个比较大，另一个比较小而已。

笔记本电脑在其他零组件「什么都省」，唯独内存「依然故我」的情况下，在整台计算机耗电量当中，内存占的比例就被提高了。笔者根据自身的测试经验与资料搜集，分别从桌上型、与笔记本电脑的角度，试着分析各零组件的耗电量比例，结果就是以下几张图表。根据这些图表显示，内存耗电量在桌面计算机当中，无论是系统闲置或满载状况下，占的耗电量比例只有4、5%，几乎是无关痛痒的数字。若是在笔记本电脑当中，内存将提高到20％上下，不但远高于储存（本例设定为SSD）的比例，甚至跟屏幕几乎相等，可以说是决定续航力的重要因素之一。

▼这是一台没有独立显示适配器，Intel Sandy Bridge双核心平台，内存4GBx2的笔记本电脑，它在闲置状况下，内存耗电量占全系统比重达到22%左右，就算是系统满载也有15%。



▼接下来以闲置80%、满载20%的比例为数字做加权，可以更贴近一般使用的实际状况。内存耗电占整台计算机的比例，在桌面计算机中只有4.79%，在笔记本电脑却占了20.83%。如果减少内存耗电量，桌面计算机可能感觉不出节能效果，但在笔记本电脑上却是续航力关键。

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如果要省电，降压、降频选谁好？

现在有一颗电子芯片摆在你眼前，而且让你自由调整它的运作频率与电压，那芯片的耗电量会有什么变化呢？如果对计算机零组件有过一些研究，或是对超频有一些概念的玩家，大多听过一个耗电量计算公式：「实际耗电与频率成正比，与电压平方成正比。」如果你今天想要超频，希望得到更高运算效能，那提高10%频率，也会增加10%功耗。如果又再对芯片增加10%（1.1倍）的电压，那对耗电量的影响则是1.1×1.1=1.21，相当于提高21%的功耗，可说是非常明显。

反之亦然，如果想要减少电子芯片的耗电量，降低电压的省电效果会比降低频率明显。如果你今天想减少耗电量至原本的80%，你可以选择降低20%的运作频率，或是降低10%的工作电压。降低频率对芯片而言比较简单，但是会对效能带来不良影响。不过降低电压相当于一种反向超频，只有体质比较好的芯片，降压后还能维持一定稳定性，优点是你不必牺牲任何效能，就可以得到省电回馈。

因此，在DDR3内存的正式规范中，提出了两个低电压技术标准，分别是工作电压1.35V的「DDR3L」，以及1.25V电压的「DDR3U」。跟标准版DDR3 1.5V的工作电压相比，DDR3L电压正好低了10%，理论上可以将耗电量降低到原本的81％。或是先提高23%频率之后，再靠着降低10％的电压，两者一来一往就抵销了，最后还可以维持原本的耗电量，平白获得额外效能。如果依照这个理论去计算，DDR3L-1600与DDR3-1333的耗电量其实都很接近，只是前者具备高出一截的效能。

▼如果把DDR3-1600的耗电量先订为100，再依照「实际耗电与频率成正比，与电压平方成正比」的公式去计算，可以得到这些有趣数字。根据这些理论数字，DDR3-1333、DDR3L-1600、DDR3U-1866的耗电量都差不多，如果你现在是使用DDR3-1333，当有一天换成DDR3L-1600之后，你不一定会有更省电的感觉。




理论靠计算，实际看原厂文件

前面先提到理论与计算公式，也透过这个公式得到一些数据，但是实际上并不那么简单。就工作原理来说，DRAM像是无数个极小电容，运作中要适时地给予充电，通常是几个频率周期就得充电一次，如果没有实时充电，就会导致电容丧失电力，造成储存数据遗失。而DRAM的工作状态除了充电以外，还有数据读写、闲置、待命与休眠等等，可以说有点复杂，也跟CPU与GPU这些逻辑计算芯片并不太一样。也许前一段提到的理论公式，可以很完美适用在CPU与GPU身上，不过DRAM的工作原理不一样，工作状态也不单纯，并不能完全一概而论。

要从官方管道得知耗电量数据，其实内存比CPU与GPU容易许多，只是阅读数据需要一些门坎而已。如果是CPU或GPU的情况，原厂顶多只会给你TDP（热设计功耗）数字，笔者不晓得已经看过几次「TDP不等于实际耗电量」的相关争辩了。而DRAM具体来说，你只要先到制造芯片的半导体厂商网站，例如Samsung、Hynix、Micron等等，寻找内存颗粒的datasheet（技术文件），再从内文找到「IDD Specification」或类似的字眼，就能得知内存在不同状态下的官方耗电量数据。

▼到DRAM芯片制造商网站上，都可以找到DRAM颗粒的datasheet，内文会记载DRAM在不同状态下的实际耗电量，算是「官方认证」比较有可靠性的数据。

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如何看懂IDD数据

当你找到原厂提供的DRAM耗电量数据，马上就会被搞昏头，因为它不直接告诉你什么才是工作满载时，什么才是闲置时的耗电量，只看到一大堆「IDD加数字」的东西。IDD是描述DRAM在不同工作状态下的缩写，基本上你可以找到IDD0、IDD1……直到IDD8的数据，通常DRAM的耗电量尖峰，会出现在IDD7或IDD5B的工作状态。

既然IDD有这么多种，哪一个才是DRAM工作满载，哪一个才是闲置的状态呢？一般而言，如果要计算DRAM工作时的满载功耗，大约是最极端的尖峰状态（IDD7或IDD5B）的50%，或是直接取IDD4R/W（IDD4读写）的数据。而DRAM闲置耗电量大概会落在IDD2N，而IDD3N则是闲置时最差状况（worst case）的数字。

▼透过DRAM原厂datasheet中的IDD数据，我们可以计算出DRAM组件的耗电量，而且在不同DRAM芯片之间，数据也能互相比较。



▼IDD是描述DRAM在不同工作状态下的缩写，通常IDD4R/W代表读写时的状态，而IDD3则是闲置状态，通常DRAM的耗电量尖峰，会出现在IDD5或IDD7这两个状态当中。

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电压、频率越低越省电

虽然前一段提到因为DRAM工作原理跟CPU、GPU都不一样，不一定完全适用「实际耗电与频率成正比，与电压平方成正比」的公式，不过电压越小、频率越低越省电的大方向，仍然是不变的。Samsung K4B2G0846D是目前主流的DDR3颗粒，采用35nm半导体制程，单颗容量为2Gb（256MB），16颗可以组成单条4GB的内存模块，ThinkPad X220出厂配的原厂内存就是它，算是有代表性的一个颗粒。笔者实际查询它的datasheet，并收集在不同速度、不同电压下的官方耗电数据，画成以下图表。

这些数据都来自同一颗DRAM芯片，变量只有频率与电压两种，类似同一颗CPU跑在不同频率与不同电压，所得到的不同耗电量。透过图表我们可以得知，不论是1.5V的DDR3，或是1.35V的DDR3L规格，只要在相同电压下，频率越高就越耗电，越低则越省电，顶多在某些工作状态下打平，没有出现频率较高，耗电量反而较低的相反现象。如果固定运作频率，电压较低的DDR3L也一定比DDR3还省电，都符合先前预期，得到没有争议的结果。

前面公式计算结果显示，从理论上来说DDR3L-1600的耗电量跟DDR3-1333差不多。不过根据这些原厂提供的实际数据，DDR3L-1600的耗电量曲线其实比DDR3-1333还低一些，就是比较省电的意思，大概比较接近DDR3-1066的耗电量水平。不过这些数据只适用于Samsung K4B2G0846D这颗芯片，如果换成其他制程或其他厂商的DRAM颗粒，结果可能又会不一样，没办法就此断定「DDR3L-1600跟DDR3-1066一样省电」，还是要以实际数据为主。

▼这些耗电量数据都来自同一颗DRAM芯片，变量只有频率或电压，类似同一颗CPU跑在不同频率，与不同电压的结果。可以得知在其他条件都固定时，1.35V的DDR3L会比1.5V的DDR3还要省电，而且频率越低也越省电。（点选看大图）




半导体制程，越先进越省电

如果排除掉芯片设计失误，或新制程微调尚未成熟的干扰因素，半导体制程越先进，则芯片会越省电，应该已经成为全民共识与定律了。最主要的原因就是，当一颗晶体管数量与设计架构都相同的芯片，如果半导体制程越细，所生产出的芯片面积也会越小，直接带来减少发热面积的效果，耗电量也会跟着降低了。即使DRAM的工作原理跟CPU、GPU都不太一样，不过仍然适用这个定律，多半耗电量会随着制程演进而降低。

以Samsung的DDR3内存当例子，它在DDR3 2Gb容量的芯片当中，总共用了4种半导体制程，分别从最早期的56nm进化到下一代的46nm，再演进到目前主流的35nm制程。从图表可以清楚看出，在这3段半导体制程更新后，芯片耗电量都明显往下降。最新28nm制程已经箭在弦上，现在已开始少量出货，除了IDD7与IDD5B状态的耗电量比35nm还要高以外，其他状态也是比35nm还省电一些（虽然幅度没有很多）。那为什么28nm芯片的耗电量，唯独在IDD7与IDD5B状态会飙高，目前还无法得知。不过之前有传出Samsung与GF（Global Foundries）合作开发28nm制程的新闻，笔者不负责任猜测，因为加入GF的半导体制程技术，让28nm的芯片特性跟上一代35nm不太一样，也是一个可能性。

▼就算是同一厂商，频率、电压、与容量规格都相同的DRAM芯片，在不同的半导体制程下，实际耗电量也有很大差距。（点选看大图）

misterben

芯片总数，越少越省电

如果你的笔记本电脑想安装总容量4GB内存，大概有2种选择：装满2条2GB模块，或是只装1条4GB模块，不过后者会比前者省电很多，你相信吗？其实在上一段图表当中，细心读者可能会注意到这个现象：同样在35nm的制程下，单颗4Gb芯片的容量比2Gb还要大一倍，理论上耗电量也要多一倍才合理，那为什么实际上只多了20%至25%呢？

事实上这就是DRAM的特性之一，使用适当的半导体制程制造，而且其他条件都固定，DRAM芯片的容量越大、密度越高，它的电力效率就越好。所以我们可以反过来说，在相同总容量的前提下，安装在系统中的DRAM芯片总数越少，电力消耗就越低。虽然这个现象对有些人来说很不可思议，不过在本篇文章的主题当中，这算是重要的关键之一。

举例来说，现在要安装4GB DDR3内存，你可以选择32颗1Gb容量的芯片（2条2GB模块），或是16颗2Gb容量（1条4GB模块，共16颗芯片），或是8颗4Gb容量（1条4GB模块，共8颗芯片）的配置。即使它们都是Samsung在35nm半导体制程下的产品，但是就总耗电量来说，使用8颗4Gb芯片的数字最低，大概只有16颗2Gb芯片的60%至70%。如果总容量再往上提升到8GB，安装1条8GB模块，当然会比2条4GB模块还省电。

如果排除掉DRAM本身的耗电量因素，系统在安装2条内存后，可以启用双信道传输模式。其实在芯片组（内存控制器）的原厂datasheet当中，也提到系统在启用双信道模式后，会增加芯片组的负担，它的耗电量也会比单信道模式多一些。

▼在相同制程、相同频率电压、相同总容量的前提下，安装在系统中的DRAM芯片总数越少，电力消耗就越低。（点选看大图）




气温10度至20度，最省电

虽然很少人听过或是实际体会过，但根据笔者测试CPU的个人经验，当CPU在散热不良、温度飙高的状态下，耗电量也会跟着明显上升。其实内存也是如此，它也有电力效率最佳的工作温度，根据Micron提供的官方资料可以得知，当内存在气温摄氏10度至20度的环境下工作，实际的消耗电流最低。具体而言，内存在4-Bank的IDD7状态下，气温10度至20度的消耗电流只有125uA左右，若是稍微提高到25度，也才微幅上升到130uA左右。

但是当气温提高到60度，稍微超过一般笔记本电脑的机内温度以后，耗电量就明显爬升到260uA，比25度时整整多出一倍，气温差35度就多一倍耗电量，当然非常惊人。若气温继续再往上增加到80度，耗电量又会比60度再暴增61%，达到420uA的失控水平。好在一般笔记本电脑不会到达这么热的温度，除非散热系统出现严重故障才可能。这种环境温度提高，造成内存耗电量一倍又一倍的增加方式，比不同电压、制程、频率等其他因素的影响，都还要明显许多，也是笔者觉得最重要的关键。

但是笔记本电脑机内的散热，主要还是取决于厂商的设计，使用者在这部份其实无能为力。如果厂商在设计时有注意到这些散热的眉眉角角，相信对续航力也会有一定帮助。其实我们细心观察可以发现，在大多数笔记本电脑设计当中，内存模块区块的位置，多半都远离CPU核心热点，而且外围都没有明显发热源，基本上温度不会飙到太高，不需要太过于烦恼。

▼根据Micron提供的图表可以得知，当内存在气温摄氏10度至20度的环境下工作，实际的消耗电流最低。之后无论温度提高或是降低，耗电量都会跟着攀升，特别是在高温状态下特别明显。




先查资料再去买，最省电

这次站长跟笔者抱怨的重点就是，Micron DDR3L-1600的续航力竟然比Hynix DDR3-1600还要差，不但完全不能理解，甚至有被诈骗的感觉。笔者就此对症下药，找出目前主流DDR3芯片的原厂耗电量数据，看看到底是芯片不好还是人品不好。

首先我们来看看最关键的两颗芯片，Micron DDR3L-1600模块是采用D9PFJ颗粒，默认工作电压1.35V，而Hynix DDR3-1600是H5TQ2G83BFR颗粒，默认电压是标准的1.5V，它也是出名的超频颗粒。再请读者注意下面的图表，不论在各个项目中，Micron低电压颗粒的橘色线，总是比深绿色的Hynix还要耗电。从原厂文件中的数据可以得知，即使D9PFJ颗粒的工作电压是1.35V，但是它的实际耗电量却不低，甚至比它厂1.5V的标准颗粒还要耗电。刚好站长的实测步骤很严谨精确，让它完全反应在测试结果上。

从图表可以再看出，目前最省电的颗粒是Samsung K4B2G0846D，它正好是ThinkPad X220出厂原配内存的「御用」颗粒。我们总是以为原厂配的零件是鸡肋，没想到X220一出厂就配了一支最省电的内存，看来不能随便亏待它了。第二省电的应该是Hynix H5TQ2G83CFR颗粒，它也是韩系厂商的产品，比站长测过的H5TQ2G83BFR新了一个世代。而日系Elpida颗粒正好在众厂商的平均值当中，不算省电也不算耗电。

既然不同厂商之间的芯片设计，以及不同制程做出来的产品，影响耗电量的幅度竟然比表面规格还大，那我们还能参考这些信息挑选内存产品吗？笔者认为DDR3与DDR3L的标准还是可以参考，但是对极度计较内存耗电量的朋友来说，建议你还是先查完各家内存原厂datasheet，找出实际耗电量数据后，再决定下手目标，并同时搭配其他的节电要素使用，才能保证最省电。

▼在目前市售常见的DDR3内存当中，浅蓝色的Samsung K4B2G0846D是最省电颗粒，浅绿色的Hynix H5TQ2G83CFR次之，紫色的日系Elpida颗粒正好居于中间平均值。表现最差的则是红色的Micron D9PQZ与橘色D9PFJ，尤其是电压1.35V的D9PFJ，实际耗电量竟然比它厂1.5V的标准颗粒还高。（点选看大图）



内存要省电，各处都是关键

如果从短期来看，DDR3内存不论是2Gb、4Gb颗粒，耗电量仍然是韩厂Samsung、Hynix较占优势。虽然上面没有列出，但目前表现最差的是台系Nanya颗粒，美系的Micron则次之。Nanya DDR3 4Gb颗粒在IDD7尖峰状态下，消耗电流达到330mA，就算是IDD4读写也有280mA，都是相当不理想的数字，不推荐用在笔记本电脑上。

从以上分析可以得知，决定内存实际耗电量的因素并不少，而且彼此之间又会交互影响，没办法单单用一个条件就去推估、概括。要是你真的纠结于此，想找目前最省电的内存，先查看DRAM原厂的datasheet（技术文件），锁定特定颗粒型号后再设法去寻找，似乎是没有快捷方式的不二法门。如果不想要这么麻烦，尽可能买单条大容量的模块，或是直接买当季新品，都可以避免买到制程较旧、较耗电的颗粒。如果目标是较旧的中古品，除非已经查到资料，确定这是你要找的颗粒，而且是原厂纯正模块，这时候才值得评估是否购买，否则一般来说并不推荐购买二手品。

misterben

这篇关于内存的专业文章真的颠覆了我的一些所谓印象，自惭。

[ Edited by  misterben on 2012-7-12 16:18 ]

jiucu

不错不错！顶一下！

h_haijun

路过 还没时间看

董益峰

好贴！顶之~

popinjay2008

牛，看完有冲动换内存条了

jsykmac

mark

hangen

内存确实对续航影响很大。

因此主力本从来只用一根内存条

叶落随风

看看

matafeiyan19

专业啊！膜拜！！！

Tc_Scorpius@

科普知识

终成圈鼠

就是说，
频率越低，电压越低。颗粒数越少，材料越先进。越省电。

冰冻的山泉

我的办法是。。。。多买一块电池。。。。老是换内存条也不是个事儿。

skyshihui

第一，这不是galaxylee写的。

第二，转载经过原作者同意了么？

苍穹寒星

太技术了

tedorg

在续航和性能之间，我果断选择性能了。。。降频、减压换性能这是外门邪路。。。对于我来说笔记本最主要的问题不是续航耗电而是性能，所以即使降低点续航换来性能提升还是非常值得的。。。

diqing1111

那DDR3降频到800，岂不是很省电。。。配合SU9600，那无敌了啊

eric2526

省电条比自己厂的普通条还费电,真是搞笑了.

xinxin99

这个帖子好

kobecui - 开心每一天

太技术了 看不懂

cobra_lee

确实没想到，谢谢版主发表这个好文。

lian_diary

这下好了，刚把三星换掉就得知三星最省电**\

peacefeeling

好长啊……

ThankPad

单条省电，不知道双通道还有没有意义

lian_diary

双通道的显卡评分会高好多
当然我也用不出来差别，不知道是否仅仅是分数上好看而已