Новый стандарт RAM – оперативная память DDR4, характеристики и особенности. DDR3 против DDR4. Теоретические различия Пропускная способность памяти ddr4
Новые поколения процессоров стимулировали разработку более скоростной памяти SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory) с тактовой частотой 66 МГц, а модули памяти с такими микросхемами получили название DIMM(Dual In-line Memory Module).
Для использования с процессорами Athlon, а потом и с Pentium 4, было разработано второе поколение микросхем SDRAM - DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM). Технология DDR SDRAM позволяет передавать данные по обоим фронтам каждого тактового импульса, что предоставляет возможность удвоить пропускную способность памяти. При дальнейшем развитии этой технологии в микросхемах DDR2 SDRAM удалось за один тактовый импульс передавать уже 4 порции данных. Причем следует отметить, что увеличение производительности происходит за счет оптимизации процесса адресации и чтения/записи ячеек памяти, а вот тактовая частота работы запоминающей матрицы не изменяется. Поэтому общая производительность компьютера не увеличивается в два и четыре раза, а всего на десятки процентов. На рис. показаны частотные принципы работы микросхем SDRAM различных поколений.
Существуют следующие типы DIMM:
- 72-pin SO-DIMM (Small Outline Dual In-line Memory Module) - используется для FPM DRAM (Fast Page Mode Dynamic Random Access Memory) и EDO DRAM (Extended Data Out Dynamic Random Access Memory)
- 100-pin DIMM - используется для принтеров SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory)
- 144-pin SO-DIMM - используется для SDR SDRAM (Single Data Rate …) в портативних компьютерах
- 168-pin DIMM - используется для SDR SDRAM (реже для FPM/EDO DRAM в рабочих станциях/серверах
- 172-pin MicroDIMM - используется для DDR SDRAM (Double date rate)
- 184-pin DIMM - используется для DDR SDRAM
- 200-pin SO-DIMM - используется для DDR SDRAM и DDR2 SDRAM
- 214-pin MicroDIMM - используется для DDR2 SDRAM
- 204-pin SO-DIMM - используется для DDR3 SDRAM
- 240-pin DIMM - используется для DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM и FB-DIMM (Fully Buffered) DRAM
- 244-pin Mini-DIMM – для Mini Registered DIMM
- 256-pin SO-DIMM - используется для DDR4 SDRAM
- 284-pin DIMM - используется для DDR4 SDRAM
Чтобы нельзя было установить неподходящий тип DIMM-модуля, в текстолитовой плате модуля делается несколько прорезей (ключей) среди контактных площадок, а также справа и слева в зоне элементов фиксации модуля на системной плате. Для механической идентификации различных DIMM-модулей используется сдвиг положения двух ключей в текстолитовой плате модуля, расположенных среди контактных площадок. Основное назначение этих ключей - не дать установить в разъем DIMM-модуль с неподходящим напряжением питания микросхем памяти. Кроме того, расположение ключа или ключей определяет наличие или отсутствие буфера данных и т. д.
Модули DDR имеют маркировку PC. Но в отличие от SDRAM, где PC обозначало частоту работы (например PC133 – память предназначена для работы на частоте 133МГц), показатель PC в модулях DDR указывает на максимально достижимую пропускную способностью, измеряемую в мегабайтах в секунду.
DDR2 SDRAM
| Название стандарта | Тип памяти | Частота памяти | Частота шины | Передача данных в секунду (MT/s) | |
| PC2-3200 | DDR2-400 | 100 МГц | 200 МГц | 400 | 3200 МБ/с |
| PC2-4200 | DDR2-533 | 133 МГц | 266 МГц | 533 | 4200 МБ/с |
| PC2-5300 | DDR2-667 | 166 МГц | 333 МГц | 667 | 5300 МБ/с |
| PC2-5400 | DDR2-675 | 168 МГц | 337 МГц | 675 | 5400 МБ/с |
| PC2-5600 | DDR2-700 | 175 МГц | 350 МГц | 700 | 5600 МБ/с |
| PC2-5700 | DDR2-711 | 177 МГц | 355 МГц | 711 | 5700 МБ/с |
| PC2-6000 | DDR2-750 | 187 МГц | 375 МГц | 750 | 6000 МБ/с |
| PC2-6400 | DDR2-800 | 200 МГц | 400 МГц | 800 | 6400 МБ/с |
| PC2-7100 | DDR2-888 | 222 МГц | 444 МГц | 888 | 7100 МБ/с |
| PC2-7200 | DDR2-900 | 225 МГц | 450 МГц | 900 | 7200 МБ/с |
| PC2-8000 | DDR2-1000 | 250 МГц | 500 МГц | 1000 | 8000 МБ/с |
| PC2-8500 | DDR2-1066 | 266 МГц | 533 МГц | 1066 | 8500 МБ/с |
| PC2-9200 | DDR2-1150 | 287 МГц | 575 МГц | 1150 | 9200 МБ/с |
| PC2-9600 | DDR2-1200 | 300 МГц | 600 МГц | 1200 | 9600 МБ/с |
DDR3 SDRAM
| Название стандарта | Тип памяти | Частота памяти | Частота шины | Передач данных в секунду(MT/s) | Пиковая скорость передачи данных |
| PC3-6400 | DDR3-800 | 100 МГц | 400 МГц | 800 | 6400 МБ/с |
| PC3-8500 | DDR3-1066 | 133 МГц | 533 МГц | 1066 | 8533 МБ/с |
| PC3-10600 | DDR3-1333 | 166 МГц | 667 МГц | 1333 | 10667 МБ/с |
| PC3-12800 | DDR3-1600 | 200 МГц | 800 МГц | 1600 | 12800 МБ/с |
| PC3-14400 | DDR3-1800 | 225 МГц | 900 МГц | 1800 | 14400 МБ/с |
| PC3-16000 | DDR3-2000 | 250 МГц | 1000 МГц | 2000 | 16000 МБ/с |
| PC3-17000 | DDR3-2133 | 266 МГц | 1066 МГц | 2133 | 17066 МБ/с |
| PC3-19200 | DDR3-2400 | 300 МГц | 1200 МГц | 2400 | 19200 МБ/с |
В таблицах указываются именно пиковые величины, на практике они могут быть недостижимы.
Для комплексной оценки возможностей RAM используется термин пропускная способность памяти. Он учитывает и частоту, на которой передаются данные и разрядность шины и количество каналов памяти.
Пропускная способность = Частота шины x ширину канала x кол-во каналов
Для всех DDR — количество каналов = 2 и ширина равна 64 бита.
Например, при использовании памяти DDR2-800 с частотой шины 400 МГц пропускная способность будет:
(400 МГц x 64 бит x 2)/ 8 бит = 6400 Мбайт/с
Каждый производитель каждому своему продукту или детали дает его внутреннюю производственную маркировку, называемую P/N (part number) — номер детали.
Для модулей памяти у разных производителей она выглядит примерно так:
- Kingston KVR800D2N6/1G
- OCZ OCZ2M8001G
- Corsair XMS2 CM2X1024-6400C5
На сайте многих производителей памяти можно изучить, как читается их Part Number.
| Kingston Part Number | Description |
| KVR1333D3D4R9SK2/16G | 16GB 1333MHz DDR3 ECC Reg CL9 DIMM (Kit of 2) DR x4 w/TS |
Мы проверили, чем новые модули оперативной памяти DDR4 отличаются от до сих пор применяемых модулей памяти DDR3 и насколько они эффективнее предыдущего поколения оборудования.
Первая информация о памяти DDR4 появились в 2008 году. Тогда предполагалось, что она попадет в магазины в течение пяти лет и очень быстро наберет большую популярность, чем память DDR3.
Вскоре, однако, выяснилось, что используемая память имеет очень большой потенциал для развития, и быстрый переход на новый стандарт не имеет смысла. Поэтому, хотя уже несколько лет назад на различного рода выставках компьютерные компании показывали свои модели памяти DDR4, из-за отсутствия поддерживающих платформ не было возможности её практического применения. Всё изменилось в течение последнего года. Память DDR3 достигла своего предела.
Конец эпохи памяти DDR3
Хотя на рынке доступны модули с частотой DDR-2400, DDR-2800, и даже быстрее, дальнейшее ускорение оказалось практически невозможным. Правда, некоторым производителям удавалось получить более высокую тактовую частоту, но создание таких модулей памяти в массовом масштабе было невыгодно и практически невозможным.
Постоянное ускорение существующего типа оперативной памяти нецелесообразно - существенно увеличивается энергопотребление и снижается отказоустойчивость. Решением этих проблем оказались как раз модули памяти DDR4, которые имеют гораздо больше возможностей для увеличения быстродействие, а потребляют при этом значительно меньше энергии.
Нужны ли нам новые модули памяти DDR4
Да, и не только из-за скорости. Первые модели памяти нового типа не имеют большей производительности, чем модули предыдущего поколения.
Когда одна технология достигает своих пределов, а вторая только-только выходит на рынок, мы не можем заметить между ними разницы в скорости. В этом случае существенным является не производительность, а перспективность новой технологии. Поэтому уже сейчас, при модернизации компьютера , стоит задуматься над выбором платформы совместимой с новым типом памяти.
При следующей замене компонентов мы сможем применить модули нового поколения. Если через какое-то время мы поймем, что используется слишком медленная или недостаточно емкая память, то у нас не будет проблем с покупкой более мощных компонентов - иначе обстоят дела в случае памяти DDR3, которая достигла своего предела и будет медленно уходить с рынка.
Одной из сильных сторон памяти DDR4 является её энергоэффективность. В настоящее время подавляющим большинством продаваемых компьютеров являются ноутбуки, планшеты и устройства-трансформеры. Наиболее важной особенностью такого оборудования является его производительность и время работы без подзарядки, что, в свою очередь, зависит именно от энергопотребления.
Стоит ли уже менять память на DDR4
Пока что такая дилемма не имеет места, потому что ещё не доступна платформа, которая поддерживает оба типа памяти. Поэтому замена памяти приведет к замене всей платформы. Однако, следует ожидать, что скоро появятся материнские платы, поддерживающие оба типа памяти.
Стоит ли тогда поменять память DDR3 на DDR4 ? Если выбирать новый компьютер с учетом будущей модернизации, полезно будет рассмотреть такую возможность. Конечно, тогда изначально мы потратим больше, но это упростит модернизацию компьютера в будущем.
Новый вид модулей памяти
Незначительные изменения произошли во внешнем виде модуля памяти. Правда, её длина и толщина такие же, как и в случае с DDR3, однако опытный глаз заметит, что новые модули на миллиметр выше, и имеют 284 вместо 240 контактов.
Кроме того, контакты в центральной части модуля имеют большую высоту, чем на его краях. Благодаря этому установка памяти потребует использования меньшего усилия. Изменилось также положение отступов в модуле. Эта процедура делает невозможным размещение в памяти неподходящем гнезде, например, предназначенном для установки модулей памяти DDR3.
Большая скорость DDR4
В настоящее время на рынке можно найти в основном память DDR3 на частотах 1333 и 1600 M/s (миллионов операций в секунду), а модули, предназначенные для энтузиастов достигают частоты порядка 2400 или 2866 M/s.
В случае DDR4 эти параметры будут лучше, а работа на уровне 2400 M/s станет практически стандартом. Стандарт JEDEC предполагает пока что создание памяти DDR4 на скоростях от 1600 до 3200 M/s, но уже анонсировали модули уровня 4166 M/s.
Большие задержки
Увеличение скорости памяти всегда влечет за собой увеличение задержек, выраженные в циклах времени. Аналогичная ситуация будет и в этот раз. Стандарт JEDEC предусматривает, что стандартной задержкой CAS для памяти DDR4-2400 будет 15 циклов (для DDR3-1600 это было 10 циклов).
Следует, однако, иметь в виду, что на самом деле задержки не изменяются. Чтобы убедиться в этом, достаточно сделать простой расчет. Скорость памяти на уровне 1600 M/s означает её фактическую тактовую частоту размера 00 Мгц. Это означает, что один цикл длится 1/800 000 0000 сек. В этом случае задержка, выраженная в 10 циклах, составляет 12,5 наносекунд. После выполнения соответствующих расчетов для памяти 2400 M/s и 15 циклов мы получим идентичный результат.
Большая емкость памяти
Самые большие модули DDR3 имеют емкость 8 Гб. В случае памяти DDR4 можно легко достичь емкости 32 ГБ. Приняв, что на стандартной материнской плате можно разместить четыре модуля памяти, это означает, что вскоре создание компьютера, оснащенного 128 Гб оперативной памяти, будет реальностью.
Разница в производительности
Даже в случае большой разницы в скорости передачи между двумя модулями, в большинстве программ изменение производительности не будет или будет минимальным.
Увидеть преимущества от использования более быстрой памяти будет возможно только в случае использования самых требовательных приложений и игр.
Меньше потребление энергии
DDR3 необходимо напряжение 1,5V, а DDR4 - только 1,2V. По словам производителей, такое изменение напряжения должно обеспечить экономию энергии на уровне 30%. На практике экономия несколько ниже, однако, благодаря использованию нескольких инноваций, удалось достичь желаемого пола.
Помогли в том числе изменение типа сигнализации и использование DBI, то есть метода инверсии шины памяти. Он заключается в том, что если в конкретной строке данных большая часть информации составляют нули, они заменяются на единицы, а выделенный контроллер воспринимает строку данных как перевернутую.
Благодаря этому возможно более редкое выключение и включение транзисторов, что влияет на снижение расхода энергии и улучшение стабильности сигнала.
Появление на рынке ОЗУ DDR4 пошатнуло незыблемые позиции ее предшественника. Она обладает более высокими техническими характеристиками и у многих пользователей возник закономерный вопрос, какая планка ОЗУ лучше? Многочисленные тесты и сравнения оперативной памяти четвертого поколения с DDR3 показывают, в чем заключается разница между ними. При выборе модуля памяти формата DDR3 следует учитывать, что у него отсутствует совместимость с DDR4.
Компьютера — один из компонентов, который отвечает за его производительность: скорость обработки информации и максимальный объем данных, обрабатываемых в данный момент. До 2015 года первые позиции прочно удерживало ОЗУ третьего поколения DDR3, но с появлением DDR4 ситуация начала меняться в сторону последней модификации. Появление оперативной памяти четвертого поколения вызвало большой ажиотаж на рынке компьютерной техники, одновременно с этим возник закономерный вопрос, что лучше DDR3 или DDR4 и не является ли появление последней модели обычным маркетинговым ходом?
История развития DDR4
Разработкой ОЗУ четвертого поколения компания JEDEK занялась еще в далеком 2005 году, когда самой современной модификацией была DDR2. Инженеры компании уже в то время осознали, что второе поколение оперативной памяти не сможет отвечать требованиям, стремительно развивающимся процессорам и остальным комплектующим ПК. Даже анонсированный выход ОЗУ третьего поколения не сможет в полной мере справиться с поставленной задачей. Для решения проблемы не достаточно простого увлечения скорости обработки данных как это было сделано в DDR3. Необходимо учитывать такие параметры как энергопотребление и объем, которые влияют на пропускную способность устройства.
Внимание! Для работы со специализированными программами: пакеты для объемного проектирования, редакторы фото или видео главным параметром выбора оперативной памяти является ее пропускная способность, т. е. скорость обработки информации.
В 2015 году с появлением на рынке платформ Socket LGA1151 пользователям ПК представилась возможность произвести сравнительный анализ ОЗУ третьего и четвертого поколения в одинаковых условиях.
Технические характеристики
Прежде чем говорить, что лучше DDR3 или DDR4 и проводить их сравнения следует подробно ознакомиться с их техническими характеристиками и возможностями, а также их преимуществами и недостатками. Данный подход позволит правильно и точно определить будущее модулей памяти и выявить перспективный образец.
DDR3
Основными характеристиками для оперативной памяти не зависимо от ее поколения являются следующие характеристики:
- Частота. ОЗУ третьей модели выпускается с частотой 1066 МГц, 1333 МГц и 1600 МГц, а последняя модификация имеет 1866 МГц. При помощи разгона памяти ее частоту можно повысить до 2400 – 2666 МГц. Максимальное значение этого параметра при разгоне, которое было получено в лабораторных условиях, составляет 4620 МГц.
- Напряжение. Энергопотребление варьируется в диапазоне 1,5 – 1,8 В. Последняя версия DDR3L способна работать при низком напряжении 1,25 – 1,35 В. Индекс L означает Low Power (с англ. – малая мощность).
- Время простоя. Для определения производительности планки памяти одним из важных параметров являются тайминги или латентность (CL), т. е. задержка при передаче информации. DDR3 1600 МГц имеет задержку равную 9 тактам, для получения временного значения необходимо 1 сек. разделить на 1600 млн. тактов и получаем 0,625 мс на 1 такт. Результат умножаем на 9 тактов и получаем 5,625 нс. Далее умножаем на 2 (количество потоков передачи данных) и время задержки составляет 11,25 нс.
Совет. Значение латентности можно определить из маркировки оперативной памяти после букв CL. Соответственно, чем ее значение меньше, тем выше производительность устройства.
DDR4
ОЗУ четвертого поколения обладает более высокими параметрами технических характеристик, за счет которых оно обходит своего предшественника.
Сравнение DDR3 и DDR4
Исходя из технических характеристик видно, что время задержки у DDR4 выше, чем у ее предшественника. Однако при линейном чтении данных или их сохранении за счет практически не меняющихся таймингов эта разница компенсируется, и ОЗУ четвертой модели выигрывает. При работе в многопоточном режиме за счет меньшей латентности выигрывает DDR3 в пределах статистической погрешности. Выполняя сжатие файлов большого размера (объем от 1,5 ГБ и выше), потраченное время на операцию у DDR4 на 3 % меньше, чем у DDR3. Спецификация оперативной памяти третьего поколения предусматривает использование Vddr напряжение. При осуществлении энергозатратных операций оно повышается за счет встроенных преобразователей, тем самым происходит обильное излучение тепла. Модуль DDR4 получает необходимое напряжение от внешнего источника питания (Vpp).
В ОЗУ четвертой модели реализована технология Pseudo-Open Draid, она позволила полностью устранить утечки тока, что наблюдалось в предыдущей версии, где используется Series-Stub Terminated Logic. Применение данного интерфейса для ввода и вывода данных позволило снизить потребление энергии до 30 %. Что касается объема памяти планки DDR4, то минимальное значение составляет 4 ГБ, а для DDR3 оно является оптимальным т. к. максимальное равно 8 ГБ. Структура оперативной памяти третьего поколения позволяет разместить до 8 банков памяти с длиной строки 2048 байт. Последняя модификация ОЗУ имеет 16 банков и длину строки 512 байт, что увеличивает скорость переключения между строками и банками.
Из сравнения DDR3 и DDR4 можно сделать вывод, что последнее поколение ОЗУ обходит своего предшественника практически по всем параметрам, но эта разница мало заметна для обычного пользователя. DDR3L 1600 МГц в сочетании с Intel Core i5 практически не уступают DDR4. ОЗУ четвертого поколения рекомендуется устанавливать для современных игр или работы в специализированных программах, которые требуют большого объема памяти и высокой скорости обработки данных.
Сравнение оперативной памяти DDR 3 и DDR 4: видео
Вот и вышли процессоры Intel Haswell-E. сайт уже успела протестировать топовый 8-ядерник Core i7-5960X , а также материнскую плату ASUS X99-DELUXE . И, пожалуй, главной «фишкой» новой платформы стала поддержка стандарта оперативной памяти DDR4.
Начало новой эпохи, эпохи DDR4
О стандарте SDRAM и модулях памяти
Первые модули SDRAM появились еще в 1993 году. Их выпустила компания Samsung. А уже к 2000 году память SDRAM за счет производственных мощностей корейского гиганта полностью вытеснила с рынка стандарт DRAM.
Аббревиатура SDRAM расшифровывается как Synchronous Dynamic Random Access Memory. Дословно это можно перевести как «синхронная динамическая память с произвольным доступом». Поясним значение каждой характеристики. Динамической память является потому, что в силу малой емкости конденсаторов она постоянно требует обновления. К слову, кроме динамической, также существует и статическая память, которая не требует постоянного обновления данных (SRAM). SRAM, например, лежит в основе кэш-памяти. Помимо динамической, память также является синхронной, в отличие от асинхронной DRAM. Синхронность заключается в том, что память выполняет каждую операцию известное число времени (или тактов). Например, при запросе каких-либо данных контроллер памяти точно знает, сколько времени они будут до него добираться. Свойство синхронности позволяет управлять потоком данных и выстраивать их в очередь. Ну и пару слов о «памяти с произвольным доступом» (RAM). Это означает, что единовременно можно получить доступ к любой ячейке по ее адресу на чтение или запись, причем всегда за одно и то же время вне зависимости от расположения.
Модуль памяти SDRAM
Если говорить непосредственно о конструкции памяти, то ее ячейками являются конденсаторы. Если заряд в конденсаторе есть, то процессор расценивает его как логическую единицу. Если заряда нет - как логический ноль. Такие ячейки памяти имеют плоскую структуру, а адрес каждой из них определяется как номер строки и столбца таблицы.
В каждом чипе находится несколько независимых массивов памяти, которые представляют собой таблицы. Их называют банками. В единицу времени можно работать только с одной ячейкой в банке, однако существует возможность работы сразу с несколькими банками. Записываемая информация необязательно должна храниться в одном массиве. Зачастую она разбивается на несколько частей и записывается в разные банки, причем процессор продолжает считать эти данные единым целым. Такой способ записи называется interleaving. В теории, чем больше в памяти таких банков, тем лучше. На практике модули с плотностью до 64 Мбит имеют два банка. С плотностью от 64 Мбит до 1 Гбит - четыре, а с плотностью 1 Гбит и выше - уже восемь.
Что такое банк памяти
И несколько слов о строении модуля памяти. Сам по себе модуль памяти представляет собой печатную плату с распаянными на ней чипами. Как правило, в продаже можно встретить устройства, выполненные в форм-факторах DIMM (Dual In-line Memory Module) или SO-DIMM (Small Outline Dual In-line Memory Module). Первый предназначается для использования в полноценных настольных компьютерах, а второй - для установки в ноутбуки. Несмотря на один и тот же форм-фактор, модули памяти разных поколений отличаются количеством контактов. Например, решение SDRAM имеет 144 пина для подключения к материнской плате, DDR - 184, DDR2 - 214 пинов, DDR3 - 240, а DDR4 - уже 288 штук. Конечно, речь в данном случае идет о DIMM-модулях. Устройства, выполненные в форм-факторе SO-DIMM, само собой имеют меньшее число контактов в силу своих меньших размеров. Например, модуль памяти DDR4 SO-DIMM подключается к «материнке» за счет 256 пинов.
Модуль DDR (внизу) имеет больше пинов, чем SDRAM (вверху)
Вполне очевидно и то, что объем каждого модуля памяти высчитывается как сумма емкостей каждого распаянного чипа. Чипы памяти, конечно, могут отличаться своей плотностью (или, проще говоря, объемом). К примеру, прошедшей весной компания Samsung наладила серийное производство чипов с плотностью 4 Гбит. Причем в обозримом будущем планируется выпуск памяти с плотностью 8 Гбит. Также модули памяти имеют свою шину. Минимальная ширина шины составляет 64 бит. Это означает, что за такт передается 8 байт информации. При этом нужно отметить, что также существуют 72-битные модули памяти, в которых «лишние» 8 бит отведены для технологии коррекции ошибок ECC (Error Checking & Correction). Кстати, ширина шины модуля памяти также является суммой ширин шин каждого отдельно взятого чипа памяти. То есть, если шина модуля памяти является 64-битной и на планке распаяно восемь чипов, то ширина шины памяти каждого чипа равна 64/8=8 бит.
Чтобы рассчитать теоретическую пропускную способность модуля памяти, можно воспользоваться следующей формулой: A*64/8=ПС, где «А» - это скорость передачи данных, а «ПС» - искомая пропускная способность. В качестве примера можно взять модуль памяти типа DDR3 с частотой 2400 МГц. В таком случае пропускная способность будет равняться 2400*64/8=19200 Мбайт/с. Именно это число имеется в виду в маркировке модуля PC3-19200.
Как же происходит непосредственно чтение информации из памяти? Сначала подается адресный сигнал в соответствующую строку (Row), а уже затем считывается информация из нужного столбца (Column). Информация считывается в так называемый усилитель (Sense Amplifiers) - механизм подзарядки конденсаторов. В большинстве случаев контроллер памяти считывает сразу целый пакет данных (Burst) с каждого бита шины. Соответственно, при записи каждые 64 бита (8 байт) делятся на несколько частей. К слову, существует такое понятие как длина пакета данных (Burst Length). Если эта длина равна 8, то за один раз передается сразу 8*64=512 бит.
Модули и чипы памяти также имеют такую характеристику, как геометрия, или организация (Memory Organization). Геометрия модуля показывает его ширину и глубину. Например, чип с плотностью 512 Мбит и разрядностью (шириной) 4 имеет глубину чипа 512/4=128М. В свою очередь, 128М=32М*4 банка. 32М - это матрица, содержащая 16000 строк и 2000 столбцов. Она может хранить 32 Мбит данных. Что касается самого модуля памяти, то почти всегда его разрядность составляет 64 бита. Глубина же легко высчитывается по следующей формуле: объем модуля умножается на 8 для перевода из байтов в биты, а затем делится на разрядность.
На маркировке без труда можно найти значения таймингов
Необходимо сказать несколько слов и о такой характеристике модулей памяти, как тайминги (задержки). В самом начале статьи мы говорили о том, что стандарт SDRAM предусматривает такой момент, что контроллер памяти всегда знает, сколько времени выполняется та или иная операция. Тайминги как раз и указывают время, требующееся на исполнение определенной команды. Это время измеряется в тактах шины памяти. Чем меньше это время, тем лучше. Самыми важными являются следующие задержки:
- TRCD (RAS to CAS Delay) - время, которое необходимо для активации строки банка. Минимальное время между командой активации и командой чтения/записи;
- CL (CAS Latency) - время между подачей команды чтения и началом передачи данных;
- TRAS (Active to Precharge) - время активности строки. Минимальное время между активацией строки и командой закрытия строки;
- TRP (Row Precharge) - время, необходимое для закрытия строки;
- TRC (Row Cycle time, Activate to Activate/Refresh time) - время между активацией строк одного и того же банка;
- TRPD (Active bank A to Active bank B) - время между командами активации для разных банков;
- TWR (Write Recovery time) - время между окончанием записи и подачей команды закрытия строки банка;
- TWTR (Internal Write to Read Command Delay) - время между окончанием записи и командой чтения.
Конечно, это далеко не все существующие в модулях памяти задержки. Можно перечислить еще добрый десяток всевозможных таймингов, но лишь указанные выше параметры существенно влияют на производительность памяти. Кстати, в маркировке модулей памяти и вовсе указываются только четыре задержки. Например, при параметрах 11-13-13-31 тайминг CL равен 11, TRCD и TRP - 13, а TRAS - 31 такту.
Со временем потенциал SDRAM достигла своего потолка, и производители столкнулись с проблемой повышения быстродействия оперативной памяти. Так на свет появился стандарт DDR.1
Пришествие DDR
Разработка стандарта DDR (Double Data Rate) началась еще в 1996 году и закончилась официальной презентацией в июне 2000 года. С приходом DDR уходящую в прошлое память SDRAM стали называть попросту SDR. Чем же стандарт DDR отличается от SDR?
После того как все ресурсы SDR были исчерпаны, у производителей памяти было несколько путей решения проблемы повышения производительности. Можно было бы просто наращивать число чипов памяти, тем самым увеличивая разрядность всего модуля. Однако это отрицательно сказалось бы на стоимости таких решений - уж очень дорого обходилась эта затея. Поэтому в ассоциации производителей JEDEC пошли иным путем. Было решено вдвое увеличить шину внутри чипа, а передачу данных осуществлять также на вдвое повышенной частоте. Кроме этого, в DDR предусматривалась передача информации по обоим фронтам тактового сигнала, то есть два раза за такт. Отсюда и берет свое начало аббревиатура DDR - Double Data Rate.
Модуль памяти DDR производства Kingston
С приходом стандарта DDR появились такие понятия, как реальная и эффективная частота памяти. К примеру, многие модули памяти DDR работали на скорости 200 МГц. Эта частота называется реальной. Но из-за того, что передача данных осуществлялась по обоим фронтам тактового сигнала, производители в маркетинговых целях умножали эту цифру на 2 и получали якобы эффективную частоту 400 МГц, которую и указывали в маркировке (в данном случае - DDR-400). При этом в спецификациях JEDEC указано, что использовать термин «мегагерц» для характеристики уровня производительности памяти и вовсе некорректно! Вместо него необходимо использовать «миллионы передач в секунду через один выход данных». Однако маркетинг - дело серьезное, указанные в стандарте JEDEC рекомендации мало кому были интересны. Поэтому новый термин так и не прижился.
Также в стандарте DDR впервые появился двухканальный режим работы памяти. Использовать его можно было при наличии четного числа модулей памяти в системе. Его суть заключается в создании виртуальной 128-битной шины за счет чередования модулей. В таком случае происходила выборка сразу 256 бит. На бумаге двухканальный режим может поднять производительность подсистемы памяти в два раза, однако на практике прирост скорости оказывается минимален и далеко не всегда заметен. Он зависит не только от модели оперативной памяти, но и от таймингов, чипсета, контроллера памяти и частоты.
Четыре модуля памяти работают в двухканальном режиме
Еще одним нововведением в DDR стало наличие сигнала QDS. Он располагается на печатной плате вместе с линиями данных. QDS был полезен при использовании двух и более модулей памяти. В таком случае данные приходят к контроллеру памяти с небольшой разницей во времени из-за разного расстояния до них. Это создает проблемы при выборе синхросигнала для считывания данных, которые успешно решает как раз QDS.
Как уже говорилось выше, модули памяти DDR выполнялись в форм-факторах DIMM и SO-DIMM. В случае DIMM количество пинов составляло 184 штуки. Для того чтобы модули DDR и SDRAM были физически несовместимы, у решений DDR ключ (разрез в области контактной площадки) располагался в ином месте. Кроме этого, модули памяти DDR работали с напряжением 2,5 В, тогда как устройства SDRAM использовали напряжение 3,3 В. Соответственно, DDR обладала меньшим энергопотреблением и тепловыделением в сравнении с предшественником. Максимальная частота модулей DDR составляла 350 МГц (DDR-700), хотя спецификациями JEDEC предусматривалась лишь частота 200 МГц (DDR-400).
Память DDR2 и DDR3
Первые модули типа DDR2 появились в продаже во втором квартале 2003 года. В сравнении с DDR, оперативная память второго поколения не получила существенных изменений. DDR2 использовала всю ту же архитектуру 2 n -prefetch. Если раньше внутренняя шина данных была вдвое больше, чем внешняя, то теперь она стала шире в четыре раза. При этом возросшую производительность чипа стали передавать по внешней шине с удвоенной частотой. Именно частотой, но не удвоенной скоростью передачи. В итоге мы получили, что если у DDR-400 чип работал на реальной частоте 200 МГц, то в случае DDR2-400 он функционировал со скоростью 100 МГц, но с вдвое большей внутренней шиной.
Также DDR2-модули получили большее количество контактов для присоединения к материнской плате, а ключ был перенесен в другое место для физической несовместимости с планками SDRAM и DDR. Вновь было снижено рабочее напряжение. Если модули DDR работали при напряжении 2,5 В, то решения DDR2 функционировали при разности потенциалов 1,8 В.
По большому счету, на этом все отличия DDR2 от DDR заканчиваются. Первое время модули DDR2 в отрицательную сторону отличались высокими задержками, из-за чего проигрывали в производительности планкам DDR с одинаковой частотой. Однако вскоре ситуация вернулась на круги своя: производители снижали задержки и выпускали более быстрые наборы оперативной памяти. Максимальная частота DDR2 достигала отметки эффективных 1300 МГц.
Различное положение ключа у модулей DDR, DDR2 и DDR3
При переходе от стандарта DDR2 к DDR3 использовался тот же самый подход, что и при переходе от DDR к DDR2. Само собой, сохранилась передача данных по обоим концам тактового сигнала, а теоретическая пропускная способность выросла в два раза. Модули DDR3 сохранили архитектуру 2 n -prefetch и получили 8-битную предвыборку (у DDR2 она была 4-битной). При этом внутренняя шина стала в восемь раз больше, чем внешняя. Из-за этого в очередной раз при смене поколений памяти увеличились ее тайминги. Номинальное рабочее напряжение для DDR3 было снижено до 1,5 В, что позволило сделать модули более энергоэффективными. Заметим, что, кроме DDR3, существует память типа DDR3L (буква L означает Low), которая работает с пониженным до 1,35 В напряжением. Также стоит отметить, что модули DDR3 оказались ни физически, ни электрически несовместимы с любым из предыдущих поколений памяти.
Конечно, чипы DDR3 получили поддержку некоторых новых технологий: например, автоматическую калибровку сигнала и динамическое терминирование сигналов. Однако в целом все изменения носят преимущественно количественный характер.
DDR4 - очередная эволюция
Наконец, мы добрались до совершенно новой памяти типа DDR4. Ассоциация JEDEC начала разработку стандарта еще в 2005 году, однако лишь весной этого года первые устройства появились в продаже. Как говорится в пресс-релизе JEDEC, при разработке инженеры пытались достичь наибольшей производительности и надежности, увеличив при этом энергоэффективность новых модулей. Что ж, такое мы слышим каждый раз. Давайте посмотрим, какие конкретно изменения получила память DDR4 в сравнении с DDR3.
На этой картинке можно проследить эволюцию технологии DDR: как менялись показатели напряжения, частоты и емкости
Один из первых прототипов DDR4. Как ни странно, это ноутбучные модули
В качестве примера рассмотрим 8-гигабайтный DDR4-чип с шиной данных шириной 4 бита. Такой девайс содержит 4 группы банков по 4 банка в каждой. Внутри каждого банка находятся 131 072 (2 17) строки емкостью 512 байт каждая. Для сравнения можно привести характеристики аналогичного DDR3-решения. Такой чип содержит 8 независимых банков. В каждом из банков находятся 65 536 (2 16) строк, а в каждой строке - 2048 байт. Как видите, длина каждой строки чипа DDR4 в четыре раза меньше длины строки DDR3. Это означает, что DDR4 осуществляет «просмотр» банков быстрее, нежели DDR3. При этом переключение между самими банками также происходит гораздо быстрее. Тут же отметим, что для каждой группы банков предусмотрен независимый выбор операций (активация, чтение, запись или регенерация), что позволяет повысить эффективность и пропускную способность памяти.
Основные преимущества DDR4: низкое энергопотребление, высокая частота, большой объем модулей памяти
Стандартизирующая организация JEDEC Solid State Technology Association представила официальную финальную версию спецификацию стандарта оперативной памяти Synchronous DDR4 (Double Data Rate 4) .
Его введения является обеспечение нового уровня производительности оперативной памяти, её надёжности и сокращения уровня энергопотребления.
Память DDR4 включает в себя целый ряд современных достижений, которые позволят новому типу памяти получить широкое распространение в компьютерных устройствах — от бытовых приборов до серверов и еще более мощных компьютерных систем.
- Уровень быстродействия на один разъём в DDR4 установлен на 1,6 миллиардов пересылок в секунду, с возможностью в будущем достичь максимального уровня 3,2 млрд./с.
- Минимальная рабочая частота памяти DDR4 составляет 2133 МГц до 4266 МГц, что на 1000 МГц больше, чем у своей предшественницы (1333 МГц и 1666 МГц в стандарте прошлого поколения).
- Для памяти с частотой 2133 МГц (наименьшая частота для памяти DDR4) максимальная пропускная способность составит 2133 * 8 = 17 064 Мегабайт/c.
- Для памяти с частотой 4266 МГц (наибольшая частота, определенная в стандарте) максимальная пропускная способность составит 4266 * 8 = 34 128 Мегабайт/c.
- Рабочее напряжение понижено: 1,1 В - 1,2 В против 1,5 В в DDR3.
- Предполагаемый техпроцесс — 32 и 36 нм.
Архитектура DDR4 позволяет осуществлять предварительную выборку 8 бит данных за один такт (8n prefetch) с двумя или четырьмя выбираемыми группами блоков памяти. Это позволяет устройствам проводить независимые друг от друга операции по активации, чтению, записи и обновлению посредством отдельных блоков памяти.
Все перечисленные возможности, а также еще целый ряд более мелких изменений и нововведений позволили существенно повысить эффективность памяти DDR4 .
DDR4 модуль имеет 284 контактов , в то время как у стандартных модулей DDR3 есть только 240 контактов.
В SO-DIMM версии будут представлены 256 контактов , а DDR3 SO-DIMM имеют только 204 контакта.
В спецификациях DDR4 впервые появилось описание работы с памятью в многокристальной упаковке. Стандартом допускается столбик (стек) из восьми кристаллов. Причём все кристаллы «вешаются» на общие сигнальные линии. Сделано это не потому, что так лучше (хотя это действительно упрощает действия по расширению пространства памяти), а по тем причинам, что в целом идеология работы памяти DDR4 — это соединение модулей с контроллерами по схеме «точка-точка».
Каналов будет много, а не два-четыре, поэтому каждому из них необходимо обеспечить максимально возможную производительность, не перегружая при этом механизмы обмена. В том же ключе надо рассматривать возможность независимой одновременной работы двух или четырёх банков памяти. Для каждой группы банков архитектурно разрешены одновременно все основные операции, такие как чтение, запись и регенерация.
По прогнозу iSuppli, к 2014 году уровень проникновения на рынок памяти DDR4 составит 12 %, к 2015 - 56 %. Однако, производители могут и поторопиться с началом внедрения нового стандарта, побуждаемые желанием поднять цены на свои продукты, которые сейчас находятся на крайне низком уровне. Micron, например, ещё в мае анонсировала разработку первого полнофункционального модуля и планы по началу их массового производства в конце нынешнего года. Samsung уже продемонстрировал 284-контактную память PC4-17000(2133 Мгц). Остаётся только дождаться их поддержки от Intel и AMD. Intel планирует начать поддержку DDR4 начале 2014 года в высокопроизводительных 4-сокетных серверных системах на процессорах Haswell-EX, обычным же пользователям придётся, вероятно, подождать 2015 года, так как ни в 22 нм процессорах Haswell, ни в следующих за ними 14 нм Broadwell поддержка DDR4 не предусмотрена.
Стандарт DDR4 является всего лишь одним из первых шагов на пути к повсеместному внедрению памяти следующего поколения. В числе областей применения памяти DDR4 названы серверы, ноутбуки, настольные ПК и изделия потребительской электроники. Вначале DDR4 появится в серверных системах и уже после этого стартует массовое производство такой памяти для потребительских компьютеров.
