DDR4 vs. DDR3: сравнительное тестирование оперативной памяти. Новый стандарт RAM – оперативная память DDR4, характеристики и особенности Оперативная память разных поколений в играх

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.

Различия между поколениями оперативной памяти всегда достаточно существенны. Прошлогодний выход в люди стандарта DDR4 сделал серверный сегмент и high-performance desktop несколько выходящими из общего ряда. Недавний анонс серверным процессоров Intel Atom потянул за собой SO-DIMM DDR4. Все готово для массовой атаки на рынок, а не просто дебюта. Поизучаем немного теории, освежим знания? Под катом ключевые различия между DDR3 и DDR4.

Физические различия.

Разумеется, физически планки памяти DDR3 и DDR4 несовместимы. Вместо 240 пин у “третьего” - “четвертый” обладает 288 контактами. Увеличение числа контактов сделано ради возможности адресации как можно большего количества памяти. В самом максимальном варианте модуль памяти стандарта DDR4 может иметь объём 512 гигабайт. Минимальный объем модуля - 2 гигабайта.

Ключ разъема смещен ближе к центру. Защита от невнимательных пользователей работает, защита от невнимательных, но очень сильных пользователей - не существует.

Высота референсной планки - 31,25 мм - это чуть выше чем у предшественника (30 мм). Длина планки прежняя - 133,35 мм (напомните мне, сколько это в дюймах?), этот параметр не изменялся с момента появления первого поколения оперативной памяти DDR.

Электрические различия.

Вместо штатного напряжения питания 1,5В (1,35В для Haswell) предлагается стандартное напряжение 1,2В (1,05В для энергоэффективных систем). Преимущества очевидны: меньше нагрев, меньше энергопотребление, в дальнейшем: больше время автономной работы.

Частотные различия.

Если стандарты DDR3 начинаются с частоты 1066 МГц, то DDR4 стартует с отметки в 2133 МГц. Формально - увеличение частоты в два раза, а вот реально производительность не растет в два раза. Уже официально выпущены модули DDR4 с частотой 3000 МГц и есть даже более высокие показатели, но все они ориентированы на энтузиастов и оверклокеров.

Архитектурные различия.

Самое важное, что произошло при переходе - изменение архитектуры доступа к модулям. Раньше шина Multi-Drop имела всего два канала и даже при организации работы с четырьмя модулями памяти, они висели попарно на одном канале, что не всегда положительно сказывалось на производительности.

Новая шина с оригинальным название Point-to-Point будет связывать каждый канал с одним модулем памяти. То есть при наличии в процессоре двухканального контроллера памяти - будут доступны два слота, а при наличии четырехканального - четыре. Вы скажете мне, а как же платы с 8 слотами под память? Для них применяются цифровые коммутаторы - аналогичные по смыслу, тем, что разветвляют линии PCI Express. Таким образом, оперативная память переходит на использование параллельного доступа.

Еще один важный момент - изменение в организации чипов памяти. При равном объеме чип DDR4 будет иметь в два раза больше банков памяти и строки памяти в четыре раза короче. Это говорит о том, что новый стандарт будет переключаться между банками намного быстрее, чем DDR3.

Вкратце, это все ключевые различия между двумя поколениями оперативной памяти DDR3 и DDR4, как это отражается на практике? Есть ли ощутимые различия в производительности - будем выяснять в следующих постах. Оставайтесь с нами.

Э волюция технологий стремительно шагает вперед, уступая место более прогрессивным, миниатюрным и менее ресурсоемким стандартам в области производства процессоров, SSD и оперативной памяти. Цены же на предыдущие линейки продукции стремительно падают, поскольку они уже не в силах удовлетворить все более растущим аппетитам пользовательской среды.

Во второй половине 2014 года в массовое производство вышла линейка модулей оперативной памяти DDR4. Пока новая технология получила достаточно популярности и состоялось снижение цен, прошло примерно два года, и вот теперь эти чипы стали доступными для приобретения по оптимальной цене и в оптимальной конфигурации. В связи с этим немаловажным событием мы решили подготовить для вас обзор нового стандарта RAM и рассказать, что же собой представляет оперативная память DDR4 , чем она отличается от предыдущих поколений ОЗУ и чем выделяется на фоне своих предшественников.

Вначале несколько слов о том, что же такое вообще оперативная память. Давайте на секунду вообразим, что вы являетесь менеджером среднего звена в компании, и у вас в подчинении находится штат одного из отделов, состоящий из нескольких человек. В вашей компании есть корпоративный портал, на котором публикуются все внутренние новости компании. Вы, наравне со всеми, публикуете на этом портале новые задания и требования своим подчиненным, и делаете это регулярно, каждое утро, при чем старые задачи при этом удаляются, чтобы не получилось путаницы из нагромождения задач. Каждое утро ваши коллеги открывают соответствующую страничку в браузере, и знакомятся со своими задачами на следующий день, при этом требования за предыдущие сутки уже удалены. Точно таким же способом работает и оперативная память. По сути, это некий стек информации, куда записываются служебные рабочие данные операционной системы. При каждом выключении компьютера содержимое ОЗУ удаляется и заполняется заново по мере запуска новых приложений. Объем ОЗУ может варьироваться примерно от 1-2 ГБ до 16-32 ГБ для современных игровых систем, требующих большого количества системных ресурсов. Бывали времена, когда объем RAM составлял и вовсе несколько МБ, но это уже история.

Первой платформой, на которой стала возможной установка чипов DDR4, стала линейка Intel Haswell-E и, соответственно, платформа X99 Express, вышедшие в третьем квартале 2014-го года. На ее основе был выпущен новый флагманский 8-ядерный процессор Core i7-5960X, а первой материнской платой, поддерживающей его, стала ASUS X99-DELUXE. Непременно стоит заметить, что главной фичей этой технологии стала поддержка нового стандарта ОЗУ — DDR4.

Теперь небольшое обращение к историческим фактам. По сути, разработка DDR4 была начата еще в 2005-ом году ассоциацией JEDEC, однако первые устройства на ее основе попали в продажу лишь весной 2014-го. Перед инженерами JEDEC стояла задача достигнуть большего уровня мощности и стабильности по сравнению с DDR3. Более того, была поставлена задача увеличить энергоэффективность следующего стандарта. Впрочем, такие обещания мы слышим буквально в каждом анонсе. Какого же прогресса инженерам удалось на самом деле достичь?

Как и более ранним моделям чипов, DDR4 удалось перенять технологию 2n-prefetch (JEDEC в своих разработках называют ее 8n-Prefetch). Какой-угодно чип памяти нового образца способен вмещать в себя две или четыре дискретные группы банков.

Чтобы посмотреть на реальный пример модуля, давайте поближе взглянем на DDR4-чип вместимостью в 8 гигабайт, оснащенный шиной данных с 4-битным размером. Такая плата вмещает в себя 4 группы банков с 4 банками в индивидуальной группе. В каждом банке расположены 131072 линии объемом в 512 байт каждая. Чтобы было с чем сравнить, давайте повнимательнее рассмотрим соответствующий DDR3-модуль. Подобный чип вмещает в себя лишь 8 автономных банков. Каждый банк содержит 65536 линий, а в каждой линии – 2048 байт памяти. Как вы сами могли заметить, длина каждой из линий модуля DDR4 в четыре раза короче ширины линии DDR3. Это значит, что оперативная память DDR4 выполняет пересмотр банков памяти гораздо быстрее, чем DDR3. Более того, сами банки памяти переключаются намного скорее. Здесь же необходимо заметить, что для каждого индивидуального набора банков предусматривается выбор всевозможных операций (восстановление, извлечение, запись либо активация), что дает возможность увеличить уровень апертуры и эффективности памяти.

Производительность

Существенное нововведение в стандарт DDR4 – применение интерфейса, задействующего топологию под названием «точка-точка», когда в DDR3 применяется шина Multii-Drop. Для чего это необходимо? Внутреннее строение шины Multi-Drop подразумевает эксплуатацию только пары каналов, связывающих модули с контроллером ОЗУ. Когда задействуются сразу четыре порта DIMM, контроллер устанавливает связь с каждой парой плат RAM при участии только одного единственного канала. Такое положение вещей самым негативным образом влияет на эффективность подсистемы оперативной памяти.

В конструкции шины, использующей апертуру «точка-точка», для индивидуального разъема DIMM предусматривается дискретный канал, а именно каждый отдельный модуль станет самым прямым образом присоединяться к контроллеру, не разделяя данный канал ни с кем другим. Похожее инновационное решение мы уже могли наблюдать во время перехода видеокарт от стандарта PCI к PCI Express. Разумеется, представленный подход обладает и собственными недочетами. Так, к примеру, 4-канальные системы окажутся ограничены четырьмя слотами DIMM, а 2-канальные – двумя. Тем не менее, если брать в расчет более значимую вместимость модулей DDR4, это никоим образом не приведет к ограничению пользователей. Более подробно мы поговорим об этом в последующем.

Каждый из модулей оперативной памяти DDR4 с DIMM-разъемом обладает 288 контактами. Число пинов оказалось увеличенным с такой целью, чтобы можно было осуществлять адресацию наибольшего возможного объема RAM. Наибольший объем одного модуля RAM равен 128 ГБ (здесь имеется в виду применение кристаллов вместимостью 8 ГБ и технологии QPD, предназначение которой состоит в размещении четырех чипов в едином корпусе). Довольно вероятным является и задействование 16-ГБ кристаллов с большей вместимостью, а также более емкой упаковки (до 8 кристаллов в едином корпусе). При обозначенных условиях, вместимость одного модуля RAM может быть равна 512 ГБ.

Между прочим, будет увеличена не только вместимость модулей RAM, но и их частота. В пределах стандарта DDR4 действительная частота может составить позиции в 2133 МГц.

Энергоэффективность

С целью понижения потребления энергии и выделения тепла стандарт DDR4 подразумевает еще одно понижение активного напряжения. В этот раз до 1,2 В. В дополнение к этому, в самом чипе показатель напряжения был, в свою очередь, увеличен, а это предоставило возможность гарантировать более скоростной доступ и при аналогичных условиях минимизировать ток утечки. Судя по теоретическим изложениям, общее потребление энергии у DDR4 окажется на 30% ниже, чем у DDR3. Образовавшийся запас компании-производители, наиболее вероятно, станут использовать на рост частоты ОЗУ.

Надежность

Оставшиеся изменения имеют отношение, прежде всего, к надежности девайсов. К примеру, чипы оперативной памяти DDR4 способны собственными усилиями обнаруживать, идентифицировать и фиксить ошибки, которые имеют отношение к управлению четностью команд и адресов. Помимо этого, стандарт DDR4 осуществляет поддержку операции проверки соединений, вследствие которой основной контроллер вправе идентифицировать ошибки, не задействовав инициализирующие цепочки DRAM. В дополнение, оказался дошлифованным регистр памяти. Отныне есть возможность сконфигурировать его таким образом, чтобы блокировались команды, которые содержат ошибки управления четностью. Регистр в предыдущем стандарте, DDR3, не имел подобной функции, и команды, совмещающие ошибки управления четностью, время от времени добирались до чипов RAM, что было одной из первых причин сбоев в функционировании ПК. В дополнение к перечисленным ранее фишкам, новая память DDR4 включает в себя еще ряд вспомогательных опций, которые направлены на усовершенствование надежности подсистемы памяти. Одна из них – это проверка сумм контроля прежде, чем будет осуществлена запись в память.

На сегодняшний день выбор оперативной памяти DDR4 в любом случае становится беспроигрышным вариантом. Чипы уже получили достаточное распространение, чтобы планировать их к покупке. Это отличный задел в производительности компьютера на будущее, а учитывая постоянное снижение цен на модули небольшого объема, такие чипы и вовсе становятся лакомым кусочком. На чипы DDR4 цена варьируется от 2400 рублей за один маломощный модуль объемом 8 ГБ частотой 2133 МГЦ до 5900 рублей за набор из двух чипов объемом по 8 ГБ каждый частотой 2666 МГЦ. Важно отметить, что лучше приобрести два модуля малой мощности, чем один сверхпроизводительный, поскольку пара модулей одинаковой частоты со схожими характеристиками работает в параллельном режиме, что добавляет еще 10-15% к общей скорости работы ПК.

На этом обзор новшеств, которые принесла нам оперативная память DDR4, подходит к концу. Изучив множество описаний и технических характеристик нового стандарта, в теории все выглядит довольно многообещающе. Кроме базовых усовершенствований (более высокие частоты и низкое напряжение), технология стала поддерживать новую шину и ряд инноваций, призванных повысить надежность использования ОЗУ. Последняя абилка из упомянутых особенно полезной будет на поприще серверного сегмента, что уже огромный «плюс» для выполнения корпоративных задач.

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