Характеристики чипов

• Ёмкость чипа (DRAM density). Записывается в мегабитах, например 256 Мбит — чип ёмкостью 32 мегабайта.

• Организация (DRAM organization). Записывается в виде 64M x 4, где 64M — это количество элементарных ячеек хранения (64 миллиона), а x4 (произносится «by four») — разрядность чипа, то есть разрядность каждой ячейки. Чипы DDR бывают x4 и x8, последние стоят дешевле в пересчёте на мегабайт ёмкости, но не позволяют использовать функции Chipkill, memory scrubbing и Intel SDDC.

Спецификация модулей памяти

Спецификация модулей памяти
Спецификация	Тактовая частота шины памяти	Максимальная теоретическая пропускная способность памяти
		в одноканальном режиме	в двухканальном режиме
PC1600* (DDR200)	100 МГц	1600 Мбайт/сек	3200 Мбайт/сек
PC2100* (DDR266)	133 МГц	2133 Мбайт/сек	4267 Мбайт/сек
PC2400 (DDR300)	150 МГц	2400 Мбайт/сек	4800 Мбайт/сек
PC2700* (DDR333)	166 МГц	2667 Мбайт/сек	5333 Мбайт/сек
PC3200* (DDR400)	200 МГц	3200 Мбайт/сек	6400 Мбайт/сек
PC3500 (DDR433)	217 МГц	3467 Мбайт/сек	6933 Мбайт/сек
PC3700 (DDR466)	233 МГц	3733 Мбайт/сек	7467 Мбайт/сек
PC4000 (DDR500)	250 МГц	4000 Мбайт/сек	8000 Мбайт/сек
PC4300 (DDR533)	267 МГц	4267 Мбайт/сек	8533 Мбайт/сек

Примечание 1: стандарты, помеченные символом «*», официально сертифицированы JEDEC. Остальные типы памяти не сертифицированы JEDEC, хотя их и выпускали многие производители памяти, а большинство выпускавшихся в последнее время материнских плат поддерживали данные типы памяти.

Примечание 2: выпускались модули памяти работающие и на более высоких частотах (до 350 МГц, DDR700), но эти модули не пользовались большим спросом и выпускались в малом объёме, кроме того, они имели высокую цену.

Размеры модулей также стандартизированы JEDEC.

Надо заметить, что нет никакой разницы в архитектуре DDR SDRAM с различными частотами, например между PC1600 (работает на частоте 100МГц) и PC2100 (работает на частоте 133МГц). Просто стандарт говорит о том, на какой гарантированной частоте работает данный модуль. Следовательно, любой модуль можно запускать как на более низкой тактовой частоте (такое действие носит название «андерклокинг» — «underclocking»), так и на более высокой частоте по сравнению с той, на которой работает данный модуль памяти (оверклокинг — overclocking).

Модули памяти DDR SDRAM можно отличить от обычной SDRAM по числу выводов (184 вывода у модулей DDR против 168 выводов у модулей с обычной SDRAM) и по ключу (вырезы в области контактных площадок) - у SDRAM два, у DDR - один. Согласно JEDEC, модули DDR400 работают при напряжении питания 2,6 В, а все более медленные - при напряжении 2,5 В. Некоторые скоростные модули для достижения высоких частот работают при больших напряжениях, до 2,9 В.

Большинство последних чипсетов с поддержкой DDR позволяли использовать модули DDR SDRAM в двухканальном, а некоторые чипсеты и в четырёхканальном режиме. Данный метод позволяет увеличить в 2 или 4 раза соответственно теоретическую пропускную способность шины памяти. Для работы памяти в двухканальном режиме требуется 2(или 4) модуля памяти, рекомендуется использовать модули работающие на одной частоте и имеющие одинаковый объём и тайминги (ещё лучше использовать абсолютно одинаковые модули).

Сейчас модули DDR практически вытеснены модулями типов DDR2 и DDR3, которые в результате некоторых изменений в архитектуре позволяют получить бо́льшую пропускную способность подсистемы памяти. Ранее главным конкурентом DDR SDRAM являлась память типа RDRAM (Rambus), однако ввиду наличия некоторых недостатков со временем была практически вытеснена с рынка.

2.2.3.9. Direct RDRAM или Direct Rambus DRAM

Тип памяти RDRAM является разработкой компании Rambus. Высокое быстродействие этой памяти достигается рядом особенностей, не встречающихся в других типах памяти. Первоначальная очень высокая стоимость памяти RDRAM привела к тому, что производители мощных компьютеров предпочли менее производительную, зато более дешёвую память DDR SDRAM. Рабочие частоты памяти — 400, 600 и 800 МГц, время полного доступа — до 30 нс, время рабочего цикла — до 2,5 нс.

2.2.3.10. DDR2 SDRAM

Конструктивно новый тип оперативной памяти DDR2 SDRAM был выпущен в 2004 году. Основываясь на технологии DDR SDRAM, этот тип памяти за счёт технических изменений показывает более высокое быстродействие и предназначен для использования на современных компьютерах. Память может работать с тактовой частотой шины 200, 266, 333, 337, 400, 533, 575 и 600 МГц. При этом эффективная частота передачи данных соответственно будет 400, 533, 667, 675, 800, 1066, 1150 и 1200 МГц. Некоторые производители модулей памяти помимо стандартных частот выпускают и образцы, работающие на нестандартных (промежуточных) частотах. Они предназначены для использования в разогнанных системах, где требуется запас по частоте. Время полного доступа — 25, 11,25, 9, 7,5 нс и менее. Время рабочего цикла — от 5 до 1,67 нс.

Ячейки памяти остались те же, что и у DDR, но теперь используются более быстрые буферы ввода-вывода, также увеличилась ширина шины, которая связывает эти буферы с банками памяти. Например, у DDR2-400 частота ядра памяти равна 100 МГц, а буферов ввода-вывода — 200 МГц.

Основная особенность DDR2 — возможность выборки четырех блоков данных за такт по правилу "4n prefetch", в то время как в DDR использовалось правило "2n prefetch" (два блока данных за такт). Если у DDR частота ядра памяти и буферов ввода-вывода была одинаковой (например, у DDR400 она равнялась 200 МГц), то теперь у DDR2 за счет правила "4n prefetch" частота ядра памяти вдвое ниже частоты буферов ввода-вывода.

Существует ещё одно весомое преимущество DDR2: чем ниже частота ядра, тем меньше процент брака готовых модулей.

Однако существует и обратная сторона медали. Сравним DDR400 и DDR2-400 — пропускная способность у них одинаковая, банки памяти работают на разных частотах (200 МГц и 100 МГц соответственно). Вот и получается, что латентность (задержка) DDR2-400 выше, чем у DDR400.

В DDR2 появилась функция внутричипового терминирования сигнала (on-die termination schemes) — резисторы, гасящие отраженные сигналы, располагаются в чипах памяти, а не на материнских платах, как раньше. Это улучшает характеристики прохождения сигналов по шине памяти.

С приходом DDR2 мы получили новый форм-фактор памяти — 240 контактов (вместо 184-х у DDR). Понизилось энергопотребление — 1,8 Вт (DDR — 2,5 Вт). Кроме того, стандарт DDR2 предусматривает максимальную емкость модулей памяти до 4 Гб (DDR — до 1 Гб).

Рис. 11. Схематическое представление передачи данных в микросхеме памяти DDR2-800.

Наиболее естественным путем решения проблемы достижения более высоких тактовых частот при переходе от DDR к DDR2 явилось снижение тактовой частоты внутренней шины данных вдвое по отношению к реальной тактовой частоте внешней шины данных (частоте буферов ввода-вывода). Так, в рассматриваемом примере микросхем памяти DDR2-800 (рис. 10) частота буферов ввода-вывода составляет 400 МГц, а «эффективная» частота внешней шины данных — 800 МГц (поскольку сущность технологии Double Data Rate остается в силе — данные по-прежнему передаются как по восходящему, так и по нисходящему полупериоду синхросигнала). При этом частота внутренней шины данных составляет всего 200 МГц, поэтому для передачи 1 бита (по каждой линии данных) за такт внешней шины данных с эффективной частотой 800 МГц на каждом такте 200-МГц внутренней шины данных требуется передача уже 4 бит данных. Иными словами, внутренняя шина данных микросхемы памяти DDR2 должна быть в 4 раза шире по сравнению с ее внешней шиной. Такая схема доступа к данным, реализованная в DDR2, называется схемой «4n-предвыборки» (4n-prefetch). Ее преимущества перед схемой 2n-prefetch, реализованной в DDR, очевидны. С одной стороны, для достижения равной пиковой пропускной способности можно использовать вдвое меньшую внутреннюю частоту микросхем памяти (200 МГц для DDR-400 и всего 100 МГц для DDR2-400, что позволяет значительно снизить энергопотребление). С другой стороны, при равной внутренней частоте функционирования микросхем DDR и DDR2 (200 МГц как для DDR-400, так и DDR2-800) последние будут характеризоваться вдвое большей теоретической пропускной способностью.

Но очевидны и недостатки — функционирование микросхем DDR2 на вдвое меньшей частоте (в условиях равенства теоретической пропускной способности устройств DDR и DDR2) и использование более сложной схемы преобразования «4-1» приводит к ощутимому возрастанию задержек, что и наблюдалось на практике в ходе исследования первых образцов модулей памяти DDR2

2.2.3.11. DDR3 SDRAM

Этот тип памяти основан на технологиях DDR2 SDRAM со вдвое увеличенной частотой передачи данных по шине памяти. Отличается пониженным энергопотреблением по сравнению с предшественниками. Частота полосы пропускания лежит в пределах от 800 до 2400 МГц (рекорд частоты — более 3000 МГц), что обеспечивает большую пропускную способность по сравнению со всеми предшественниками.

Рис.12. Схематическое представление передачи данных в микросхеме памяти DDR3-1600.

DDR3 — это «все та же DDR SDRAM», т.е. передача данных по-прежнему осуществляется по обоим полупериодам синхросигнала на удвоенной «эффективной» частоте относительно собственной частоты шины памяти. Только рейтинги производительности выросли в 2 раза, по сравнению с DDR2 — типичными скоростными категориями памяти нового стандарта DDR3 будут являться разновидности от DDR3-800 до DDR3-1600 (а возможно, и выше). Очередное увеличение теоретической пропускной способности компонентов памяти в 2 раза вновь связано со снижением их внутренней частоты функционирования во столько же раз. Поэтому отныне, для достижения темпа передачи данных со скоростью 1 бит/такт по каждой линии внешней шины данных с «эффективной» частотой в 1600 МГц (как в примере, рассмотренном на рис. 11) используемые 200-МГц микросхемы должны передавать по 8 бит данных за каждый «свой» такт. Т.е. ширина внутренней шины данных микросхем памяти окажется уже в 8 раз больше по сравнению с шириной их внешней шины. Очевидно, такая схема передачи данных с рассмотренным преобразованием типа «8-1» будет называться схемой «8n-предвыборки» (8n-prefetch).

Преимущества при переходе от DDR2 к DDR3 будут теми же, что и при состоявшемся ранее переходе от DDR к DDR2: с одной стороны, это снижение энергопотребления компонентов в условиях равенства их пиковой пропускной способности (DDR3-800 против DDR2-800), с другой стороны — возможность дальнейшего наращивания тактовой частоты и теоретической пропускной способности при сохранении прежнего уровня «внутренней» частоты компонентов (DDR3-1600 против DDR2-800).

Теми же будут и недостатки — дальнейший разрыв между «внутренней» и «внешней» частотой шин компонентов памяти будет приводить к еще большим задержкам. Резонно ожидать, что относительное увеличение последних, при переходе от DDR2 к равночастотной DDR3, будет примерно таким же, как и при переходе от DDR к равночастотной DDR2.

2.2.3.12. GDDR2

GDDR2 (Graphics Double Data Rate, version 2 — двойная скорость передачи данных 2-й версии) — это тип компьютерной перезаписываемой энергозависимой памяти, используемой в графических ускорителях.

GDDR2, по сути является DDR2 с интерфейсом и упаковкой, спроектированными специально для работы на максимально возможных частотах и для коротких шин. При этом отличия GDDR2 от «обычной» DDR2 почти полностью заключаются в упаковке.^[1]

2.2.3.13. GDDR3

GDDR3 (Graphics Double Data Rate 3 — двойная скорость передачи графических данных 3) — специальная технология памяти для графических карт, разработанная ATI Technologies. Имеет почти такое же технологическое ядро, как DDR2, но имеет более высокую эффективную частоту.

В силу специфики использования графической памяти, а именно соединения GPU и DRAM с топографией точка-точка, при формировании I/O шины GDDR3 используется технология с открытым стоком и привязанная к этому специфическая реализация внутрикристалльной терминации (on-die termination, ODT), в отличие от двухтактной шины у стандартной DDR2, что позволяет радикально поднять тактовые частоты и упростить разводку плат.

Несмотря на использование контроллеров для согласования по полному сопротивлению (impedance-matching controllers), GDDR3 обладает более простым дизайном за счёт использования архитектуры прямого подключения.

2.2.3.14. GDDR4

GDDR4 (Graphics Double Data Rate, version 4 — двойная скорость передачи данных 4-й версии) — это тип компьютерной перезаписываемой энергозависимой памяти, используемой в графических ускорителях. Не получил широкого распространения на рынке по причине небольшого прироста производительности относительно GDDR3 и высокой стоимости^[1]. Такой тип памяти устанавливался лишь на несколько поколений Hi-End видеокарт ATI/AMD: X1950XTX, HD 2900 XT, HD3870, после чего был заменен более прогрессивной GDDR5. PowerColor выпустила видеокарту PCS+ HD4850 с 512 мегабайтами памяти GDDR4, работающей на частоте 2200 МГц.^[2]

2.2.3.15. GDDR5

GDDR5 (Graphics Double Data Rate) — 5 поколение памяти DDR SDRAM, спроектированной для приложений, требующих высокой полосы пропускания. В отличие от его предшественника, GDDR4, GDDR5 основан на памяти DDR3, которая имеет удвоенные по сравнению с DDR2, DQ(Digital Quest) каналы связи, но у GDDR5 также есть буферы предварительной выборки шириной 8 битов как у GDDR4.

GDDR5 соответствует стандартам, которые были изложены в спецификации GDDR5 JEDEC. Она использует 8n архитектуру предварительной выборки и интерфейс динамической конфигурации устройств, для достижения высокого быстродействия и может быть сконфигурирована, для управления в режимах x32 или x16 (clamshell), который обнаруживается во время инициализации устройства. GDDR5 использует две тактовые частоты, CK и WCK, последняя в два раза больше первой.

Команды передаются в режиме SDR (стандартная тактовая частота) на частоте CK; адресная информация передаётся в режиме DDR на частоте CK; а данные передаются в режиме DDR на частоте WCK. Интерфейс GDDR5 передает два информационных слова шириной 32 бита за тактовый цикл (WCK) на\из штырьков ввода - вывода. Соответствуя 8n предварительной выборке, единичный доступ для чтения или записи состоит из двух передач данных шириной 256 бит за тактовый цикл(CK) внутри ядра памяти и восьми соответствующих половинных передач данных шириной 32 бита за тактовый цикл(WCK) в штырьках ввода - вывода. Например для GDDR5 со скоростью передачи данных 5 Gbps(5 Гбит/с) на одну линию(штырек) сигнал CK передается с частотой 1,25 GHz, а WCK c частотой 2,5 GHz. Так же часто употребляется эффективная частота(QDR), поскольку как написано выше данные передаются на частоте WCK в режиме DDR. В приведенном примере эта частота составляет 5 GHz.

В связи с наличием двух частот(CK, WCK) производители изделий использующих GDDR5 могут указывать разные частоты для памяти, хотя скорость предачи данных может не отличаться. NVIDIA указывает частоту WCK, AMD частоту CK. Один 32 битный GDDR5 чип использует 170 контактную BGA упаковку.

Некоторые технологии и алгоритмы оперативной памяти

SPD

В BIOS'e при настройках частоты памяти имеется опция «By SPD” что это значит?

SPD - Serial Presence Detect, это микросхема на модуле, в которую зашиты все параметры для работы модуля, это так сказать "значения по умолчанию". Сейчас из-за появления "noname" компаний, стали записывать в этот чип имя производителя и дату.

Регистровая память

Registered Memory это память с регистрами, которые служат буфером между контроллером памяти и чипами модуля. Регистры уменьшают нагрузку на систему синхронизации и позволяют набирать очень большое количество памяти (16 или 24 гигабайт) не перегружая цепи контроллера.

Но данная схема имеет недостаток - регистры вносят задержку в 1 такт на каждую операцию, а значит - регистровая память медленнее обычной при прочих равных условиях.

Dual channel - двойной канал, это позволяет обращаться одновременно к двум модулям. Dual channel - это не тип модулей, а функция интегрированная в материнскую плату. Может быть задействована с двумя (желательно) идентичными модулями. Включается он автоматически при наличие 2-х модулей. Чтобы активировать эту функцию, надо установить модули в слоты разных цветов.

Parity и ECC

Memory with Parity это память с проверкой чётности, способна детектировать некоторые типы ошибок.

Memory with ECC это память с коррекцией ошибок, позволяет найти, а также исправить ошибку одного бита в байте. Применяется в основном на серверах, медленнее обычной.

Источники и литература

1. http://www.citforum.ru/book/optimize/sdram.shtml Принципы функционирования SRAM. Крис Касперски

2. http://timeinventor.com/news.php?readmore=118 D-триггер или ячейка регистра/памяти

3. Троичная SRAM

4. В. Соломенчук, П. Соломенчук Железо ПК. — 2008. — ISBN 978-5-94157-711-8

5. Гук М. Ю. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия. — Питер, 2006. — 1072 с.

6. Копейкин М. В., Спиридонов В. В., Шумова Е. О. Организация ЭВМ и систем. (Память ЭВМ): Учебн. Пособие. — СПб, 20064. — 153 с.

7. http://www.memory.ru/support/faq/tech/st/

8. http://www.whatis.ru/hard/mem11.shtml

9. http://ru.wikipedia.org/wiki/GDDR2

10. http://ru.wikipedia.org/wiki/GDDR3

11. http://ru.wikipedia.org/wiki/GDDR4

12. http://ru.wikipedia.org/wiki/GDDR5

24