Пропускная способность ddr4: Что такое память DDR4? Более высокая производительность

тактовая частота, пропускная способность, тайминги, классы (DDR) и многое другое / Хабр

Привет, Хабр! Сегодня мы поговорим про оперативную память, про то, какие ее типы можно свободно купить в магазине для сборки ПК или его модернизации. Под катом рассказ об отличиях разных типов ОЗУ друг от друга, о разгоне и охлаждении памяти, а также несколько мыслей о том, имеет ли значение, какую планку памяти стоит установить в конкретный компьютер, чтобы добиться оптимального сочетания быстродействия, энергоэффективности и стоимости. Этот пост будет интересен тем, кто не считает себя DDR-гуру и при выборе памяти не уверен на 100% какие именно нужны тайминги, типы и характеристики модулей.

Оперативная память, или RAM (random access memory) — в буквальном переводе память с произвольным доступом. Википедия утверждает, что это энергозависимая часть системы компьютерной памяти, которая хранит выполняемый машинный код, а также данные, обрабатываемые процессором. Определение технически верное, но по сути довольно абстрактное. Будет намного понятнее, если мы поймем, зачем оперативка вообще нужна.

Если говорить по-простому, то оперативная память отвечает за работу приложений, которые вы запускаете. Чем больше оперативки имеет ваш компьютер, тем больше задач он может выполнять одновременно. При этом даже необязательно, чтобы приложений было несколько. Вся нагрузка может исходить от одной единственной программы с большим количеством однотипных процессов: Photoshop (слои), Google Chrome (вкладки), Final Cut Pro (дорожки) и т.д.

Немного истории и теории

По умолчанию RAM-память бывает двух основных типов: DRAM и SRAM. В дополнение к ним нередко выделяют еще SDRAM, VRAM, NVRAM, и т.д. но все они — это не более чем вариации на тему. Например, VRAM — это та же DRAM, но используемая в видеокартах и известная нам как видеопамять. Так что в этой статье мы остановимся только на основных типах.

DRAM — это динамическая память с произвольным доступом, где каждый бит информации хранится в отдельном конденсаторе внутри интегральной схемы. Она называется так, потому что требует периодического обновления. Это та самая оперативная память, которая используется в смартфонах, планшетах, компьютерах и других электронных устройствах. Правда, сейчас оперативную память, которой оснащаются современные гаджеты, принято относить к подтипу SDRAM.

SDRAM — это синхронная динамическая память с произвольным доступом. Она является подвидом DRAM, так что ab ovo это одно и то же, просто новее и быстрее. А отличает их наличие своего рода таймера, который используется для синхронизации памяти с микропроцессором и совместной обработки данных. Отсюда же происходит и такое понятие, как DDR — double data rate. О нём мы поговорим далее, а пока переходим к SRAM.

SRAM — это статическая память с произвольным доступом, которая использует для хранения данных схему с бистабильной фиксацией. Звучит сложно, но на деле всё просто и понятно. Статическая память не требует постоянного обновления, и она намного быстрее, чем DRAM, а потому стоит дороже и используется в меньших объемах. Типичная область применения для SRAM — это кэш 2 и 3 уровня.

Применительно к компьютерам объем DRAM или SDRAM измеряется в гигабайтах. Но у пассивных устройств вроде умных колонок, фитнес-браслетов и т.д. оперативки может быть всего несколько сотен мегабайт, которых им более чем достаточно. Для кэша L2 и L3 памяти используется еще меньше. В основном это 8-10-12 или 16 МБ. Их задачи просто не требуют, чтобы объем был больше. Да и размеры имеют значение — из-за более низкой плотности 4 мегабайта SRAM-памяти примерно равноценны по размерам DRAM-планке на 128 МБ.

Размеры оперативной памяти

На физическом уровне между планками ОЗУ тоже есть свое деление, но тут всё совсем просто:

DIMM — это планки оперативной памяти стандартного формата. Их, как правило, устанавливают в стационарные компьютеры, включая моноблоки и некоторые неттопы. Они большие, поэтому требуют много места внутри корпуса. В ноутбуки их попросту не установить.

SO-DIMM — это компактные планки оперативной памяти. Они применяются в основном в ноутбуках и некоторых компактных неттопах. По своим свойствам SO-DIMM ничем не отличается от стандартизированных планок, просто имеет меньший размер. Но из-за различия в габаритах установить планку DIMM вместо SO-DIMM не выйдет и наоборот.

Бывает ещё серверная память, которая даже имеет те же размеры, что и планки DIMM, но в персональных компьютерах её не используют из-за несовместимости с контроллерами ЦПУ. Но это не тема нашей статьи, поэтому заострять внимание на этом типе ОЗУ мы не будем.

Как DDR проявляет себя в тестах

Быстродействие оперативной памяти напрямую связано с её классом. Раньше стандартом для отрасли была SDR-память, а сегодня все перешли на DDR. 

DDR — современный вид оперативной памяти, который относится к типу динамической синхронной памяти с удвоенной скоростью передачи данных. Удвоение скорости стало следствием перевода этого типа памяти на новую механику считывания команд. Она позволяет распознавать их не только по фронту (переходом из состояния 0 в 1), но и по спаду тактового сигнала. Таким образом DDR-память при работе на частоте 100 МГц выдаёт эффективность, сопоставимую с работой SDR (прошлое поколение) на частоте 200 МГц.

Из-за этого даже появились понятия реальной и эффективной частоты. Например, если вы купили плату на 2133 МГц, то не удивляйтесь, что в синтетике она выдаст только 1066. Тут-то и проявляется тот самый double rate, от которого происходит название DDR-памяти. Реально она развивает вдвое меньшую скорость, чем на ней указана, но эффективность её работы будет такой, как если бы она была вдвое выше. Немного запутано, но в целом логично.

Тактовая частота оперативной памяти

Современные планки стандарта DDR4 (бывает ещё и DDR5, но подробно на них мы останавливаться не будем) работают на частоте 2133 — 3200 (3333) МГц. Это большая разница, но больше не всегда означает лучше, особенно, если ваш компьютер оснащен неподходящим процессором.

Допустим, в спецификациях вашего процессора указано дословно следующее: Up to DDR4 2133. Это значит, что ему подойдёт память DDR4 с частотой 2133 МГц. Вы можете установить планку на 3200 и даже 4800, но процессор просто не даст ей работать по максимуму, потому что сам не в силах обработать больше. Поэтому память с более высоким показателем тактовой частоты будет работать на частоте, которую ей позволяет чип, и не более того.

То же самое (урезание частоты) будет, установить в пару к тому же процессору одну плату на 2133 и другую на 1066. Они будут работать вместе без каких-либо проблем. Но процессор не сможет добавить мегагерц планке ОЗУ с меньшей частотой. Из-за этого обе — даже та, которая способна работать на более высокой частоте — не смогут разогнаться выше 1066 МГц. Если её не разгонять.

Разгон оперативной памяти

Разгон оперативки — это обычная процедура, которая позволяет принудительно повысить ее тактовую частоту. Способность конкретной планки ОЗУ к разгону зависит не от характеристики, указанной производителем, а от чипов памяти. Разгон позволяет увеличить тактовую частоту довольно существенно. Например, планки на 2666 МГц после разгона начинают работать на частоте 3200, а те, что работали на частоте 3200 — переходят на 4166.

По частоте, кстати, очень легко посчитать пропускную способность конкретной планки в мегабайтах. Просто умножайте её частоту на 8 (бит) и получите точный результат. Так, для планки DDR с частотой 2400 пропускная способность составит 19200 МБ, а для планки с частотой 3800 будет равна 30400 МБ.

Увеличение частоты, на которой работает оперативная память, сокращает задержку (Latency). Но на игры она почти не влияет. От того, на какой частоте работает ваша планка ОЗУ, показатель FPS не снизится и не увеличится, как и частота обновления экрана. Это не касается видеопамяти, которая напрямую влияет на производительность игр. Речь только о стандартной оперативке.

Тактовая частота — это «рабочий» показатель, который важен не только для совместимости с процессором, но и для выполнении профессиональных задач. Вы точно заметите разницу при работе с некоторыми специфическими приложениями, которые реально ускоряются, если вы используете высокочастотную оперативку. Например, быстрые типы ОЗУ хорошо проявляют себя в архивации. Чем выше частота планки, тем быстрее пойдет процесс.

Тайминги оперативной памяти

Другой показатель, о котором нужно знать при выборе оперативной памяти — это тайминги. По сути, это просто задержка. Они показывают время, которое проходит от момента отправки памятью команды и её фактическим исполнением. Их измеряют тактами. Поэтому, если вы посмотрите на спецификации любой платы оперативной памяти, то увидите там циферки вида 8-8-8-16.

Эти цифры обозначают выполнение четырёх операций. Именно поэтому тайминги обычно указываются в виде четырёх цифр. Хотя некоторые производители указывают только первую цифру, потому что именно она является наиболее важной. Но мы разберём, что значит каждая из них:

1. CAS Latency (CL — самый важный показатель) обозначает число тактов, которое проходит между отправкой запроса и началом ответа;

2. RAS to CAS Delay — число тактов, которое у контроллера занимает активация нужной строки банка;

3. RAS Precharge — число тактов, которое требуется для закрытия одной строки данных и перехода к другой;

4. Row Activate Time — число тактов до закрытия строки.

Не факт, что вам вообще нужно это знать, но для общего развития сгодится. Главное запомнить, что чем ниже тайминги, тем лучше. Это значит, что оперативке требуется меньше времени на доставку информации в пределах самой планки. Рассчитать фактическую скорость оперативки, используя данные о её характеристиках и зная специальную формулу, очень просто.

Например, у нас CAS Latency (CL) равен 8, а тактовая частота планки — 3600 МГц. Значит, считать будем так: 8*2000/3600 = 4,4(4) наносекунд. 2000 — здесь величина постоянная. Поэтому её берём всегда, не изменяя.

Какую оперативную память выбрать

Несмотря на то что при выборе оперативной памяти действует принцип «лучше — быстрее», слепое следование ему не всегда может быть оправдано. При выборе планки ОЗУ необходимо учитывать, с какой частотой совместимы процессор и материнская память в вашем компьютере. 

Выше мы уже давали понять, что тактовая частота в том числе является характеристикой соответствия памяти, которую вы устанавливаете, и процессора, который уже установлен в системном блоке вашего ПК. Но, теперь остановимся на этом подробнее. А, чтобы было понятнее, проведём понятную всем аналогию: просто представьте, что оперативка — это гайка, которую нужно закрутить, а процессор — гаечный ключ.

Если вы, имея ключ на 12, возьмёте маленькую или, наоборот, слишком большую гайку, они просто не подойдут друг другу и у вас ничего не выйдет. Мы не можем говорить о том, что эта гайка или этот ключ хорошие или плохие. Они просто не предназначены для того, чтобы работать в паре. Поэтому как гайку и ключ нужно подбирать по размеру, так и оперативку и процессор нужно выбирать по совпадающей частоте.

Но процессор и память при удобстве этой аналогии для пояснения — это всё-таки не ключ и не гайка. Поэтому вы в принципе можете установить быструю современную оперативку в компьютер, где используется старенький проц. Но из-за несовпадения характеристик эта планка будет работать на минимальной частоте.

Охлаждение оперативной памяти

Охлаждение оперативной памяти — тема не столь популярная, как её разгон, но идущая с ней практически рука об руку. В данном случае речь идёт именно про оперативку (SDRAM), а не видеопамять (VRAM), которой охлаждение жизненно необходимо. Несмотря на то что, кажется, обычным планкам ОЗУ не от чего испытывать нагрев, это не так. Большинство из них могут нагреваться довольно сильно — до 80-90. Это их рабочий нагрев, с которым не нужно бороться.

Куда страшнее — перегрев. Оперативка, как и любая другая микросхема, может страдать от перегрева, если работает под чрезмерной нагрузкой. В частности это касается разогнанных планок, тактовую частоту которых повысили принудительно. В таких случаях вы практически всегда получите повышенный нагрев, и, если не вернуть памяти оптимальную температуру работы (а добиться её зачастую удается только принудительно), она может начать сбоить и в конечном итоге — сгореть.

Охлаждать оперативную память чаще всего предлагается пассивным способом. Для этого нужно купить специальный радиатор, который выполнен из теплопроводящего материала вроде алюминия и крепится на планку ОЗУ. Когда та начинает перегреваться, он быстро забирает её тепло на себя и за счёт увеличенной площади (радиаторы всегда больше по размерам, чем сама ОЗУ), отдаёт тепло вовне.

Стоят такие радиаторы недорого, и выглядят довольно стильно, а зачастую даже имеют собственную подсветку. За это их и любят геймеры, которые стремятся установить по радиатору на каждую используемую планку. Но, как мы уже выяснили выше, оперативке в играх не приходится испытывать повышенные нагрузки, поэтому и практической пользы от радиаторов ОЗУ для геймеров, кроме разве что внешней привлекательности, не будет.

Ноутбуку охлаждение оперативной памяти тоже не нужно. Радиаторы слишком громоздкие, чтобы установить их в корпус небольшого, пусть и игрового, лэптопа. Ему просто негде там разместиться. Поэтому запомните правило — радиаторы ОЗУ нужны только стационарным компьютерам, да и то не всем.

Сколько оперативной памяти нужно компьютеру

Стандартом для ПК в 2022 году были 8-гигабайтные планки ОЗУ. Этого объема большинству пользователей хватало за глаза и за уши. Но многие любят, чтобы всего, включая оперативку, было с запасом, да и серьёзные задачи зачастую требуют наращивания этого вида памяти. Поэтому на 2023 год «базу» всё-таки лучше не брать. Тем более, что и переплатить за планку на 16 ГБ придется не так много.

Всё, что больше — уже на ваше усмотрение. Даже если у вас много денег, особого смысла брать 32 или 64 ГБ оперативной памяти для компьютера, где она будет простаивать, просто нет. Такие объёмы считаются рабочими, и могут пригодиться только в тяжёлых сценариях использования, которые требуют одновременного выполнения нескольких задач вроде редактирования нескольких десятков слоёв в Photoshop или использовании трёх и более вкладок в Google Chrome. Шутка :).

Впрочем, надо учитывать, что некоторые компьютеры, в основном это, конечно, ноутбуки, позволяют выбрать объём оперативной памяти только один раз — на этапе покупки. Поэтому нарастить ОЗУ уже после вам не удастся. В частности, от этой проблемы страдают компьютеры Mac на процессорах Apple Silicon. Они используют так называемую объединенную память, которая распаяна на одной плате вместе с процессором и накопителем, и извлечь ее оттуда невозможно.

Как выбрать оперативную память. Итоги

При выборе оперативной памяти нужно учитывать следующие факторы:

1. Какой стандарт оперативной памяти (DDR3 или DDR4) поддерживает ваш процессор. Как правило, эта информация указывается прямо в его спецификациях, поэтому тут никакой тайны нет. Если у вас, камень, вышедший хотя бы в течение последних 5 лет, то он будет поддерживать планки DDR4 — их и берите. А DDR5, хоть они уже и доступны в продаже, наобум лучше не брать — они имеют ограниченную совместимость и могут не подойти. Только если вы наверняка знаете, что ваш процессор поддерживает этот класс, и вам он действительно нужен (но тогда зачем вам эта статья?).

2. Не гонитесь за самыми высокими показателями тактовой частоты. Во-первых, ваш процессор может просто их не потянуть, и тогда даже самая быстрая память будет работать на частоте, которую поддерживает используемый чип. Во-вторых, оперативку почти всегда можно разогнать, сэкономив на покупке планки с невысокой частотой и потом увеличив показатели ее быстродействия принудительно.

3. Выбирайте планки оперативной памяти одного стандарта и одной тактовой частоты. Если вы установите в свою машину ОЗУ с частотой 2133 и 3200 МГц, процессор автоматически уравняет их, и они смогут работать на минимальной частоте, не превышающей 2133 МГц.

4. Следите за тем, чтобы размер планки ОЗУ подходил для вашего устройства. Если помните, для обычных ПК, как правило, вам подойдёт планка DIMM-оперативки, которая имеет стандартный размер. А вот компактные SO-DIMM и тем более серверные планки лучше избегать — стандартному ПК они всё равно не подойдут.

DDR4 SDRAM | это… Что такое DDR4 SDRAM?

Модуль памяти DDR4

DDR4 SDRAM (англ.  double-data-rate four synchronous dynamic random access memory) — новый тип оперативной памяти, являющийся эволюционным развитием предыдущих поколений DDR (DDR, DDR2, DDR3). Отличается повышенными частотными характеристиками и пониженным напряжением. Будет поддерживать частоты от 2133 до 4266 МГц. В массовое производство выйдет предположительно во второй половине 2012 года^[1]. В январе 2011 года компания Samsung официально представила новые модули, работающие в режиме DDR4-2133 при напряжении 1,2 В^[2][3][4]. Эксперты из аналитического агентства IHS-iSuppli уверены, что доля DDR4 увеличится от 5% в 2013 году до 50% в 2015 году^[5].

Разработка

JEDEC представила информацию о DDR4 на конференции MemCon в Токио. Судя по слайдам, новинка должна иметь и повышенную частоту (от 2133 до 4266 МГц), и пониженное напряжение (от 1,1 до 1,2 В) по сравнению с предыдущими стандартами, предполагаемый техпроцесс — 32 и 36 нм. Массовое производство намечалось на 2015 год, а первые образцы для создания контроллеров памяти и совместимых платформ — на 2011 год^[6]. В январе 2011 компания Samsung впервые представила модуль DDR4. Техпроцесс составил 30 нм, объём памяти 2 Гб, а напряжение 1,2 В^[4]. Позднее Hynix представила свой первый модуль DDR4, который превзошёл модуль Samsung по частоте (2400 МГц вместо 2133). Hynix заявила о 80%-м увеличении производительности памяти по сравнению с DDR3-1333. Массовое производство намечено не ранее второй половины 2012 года^[1].

В сентябре 2012 года JEDEC опубликовала финальный вариант спецификации DDR4.^[7][8]

Максимальная пропускная способность

Для расчета максимальной пропускной способности памяти DDR4 необходимо её частоту умножить на 64 бита, то есть размер данных, который может быть передан за 1 такт работы памяти.

• 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, определённая в стандарте. ^[9]) максимальная пропускная способность составит 4266 * 8 = 34 128 Мегабайт/c

См. также

• DDR SDRAM
• DDR2 SDRAM
• DDR3 SDRAM

Примечания

1. ↑ ^{1 2} Hynix анонсировала чип DRAM DDR4 и модуль памяти на его основе. 3DNews (06.04.2011).
2. ↑ Компания Samsung начинает поставки памяти типа DDR4
3. ↑ Samsung develops DDR4 memory with up to 40 percent better energy efficiency than DDR3
4. ↑ ^{1 2} Samsung показала готовый DRAM-модуль памяти DDR4. 3DNews (04.01.2011).
5. ↑ Hynix заканчивает разработку DDR4
6. ↑ JEDEC готовит спецификации оперативной памяти DDR4-SDRAM. 3DNews (19.08.2010).
7. ↑ JEDEC Announces Publication of DDR4 Standard | JEDEC
8. ↑ Организация JEDEC опубликовала спецификации DDR4 // ixbt.com, 25 Сентября 2012
9. ↑ http://www. xbitlabs.com/news/memory/display/20100816124343_Next_Generation_DDR4_Memory_to_Reach_4_266GHz_Report.html «effective clock-speeds for DDR4 memory would be 2133MHz — 4266MHz»

Ссылки

• JEDEC готовит спецификации оперативной памяти DDR4-SDRAM
• Память DDR4: время ли разбрасывать камни?
• Samsung develops DDR4 memory with up to 40 percent better energy efficiency than DDR3
• Samsung показала готовый DRAM-модуль памяти DDR4

Все проблемы и преимущества дизайна — Rambus

Последнее обновление: 1 февраля 2023 г. клиентские двухрядные модули памяти (DIMM). Память DDR5 обеспечивает ряд ключевых преимуществ производительности, а также новые проблемы проектирования. Архитекторы вычислительных систем, дизайнеры и покупатели хотят знать, что нового в DDR5 по сравнению с DDR4 и как они могут получить максимальную отдачу от этого нового поколения памяти.

В этой статье:

• • Какие изменения в DDR5 по сравнению с DDR4?
  • Каковы проблемы проектирования DDR5?
  • Как наборы микросхем интерфейса памяти DDR5 используют преимущества DDR5 для модулей DIMM?

Производительность: что изменилось в DDR5 по сравнению с DDR4 DRAM?

Семь наиболее значительных улучшений технических характеристик, достигнутых при переходе с модулей DIMM DDR4 на DDR5, показаны в таблице 1 ниже.

Таблица 1. Изменения и преимущества DDR5 по сравнению с модулями DIMM DDR4

1. DDR5 масштабируется до 8,4 ГТ/с

У вас никогда не будет достаточной пропускной способности памяти, и DDR5 помогает удовлетворить эту ненасытную потребность в скорости. В то время как модули DIMM DDR4 обеспечивают максимальную скорость передачи 3,2 гигапередачи в секунду (ГТ/с) при тактовой частоте 1,6 гигагерца (ГГц), начальные модули DIMM DDR5 обеспечивают увеличение пропускной способности на 50% до 4,8 ГТ/с. Память DDR5 в конечном итоге масштабируется до скорости передачи данных 8,4 ГТ/с. Новые функции, такие как Decision Feedback Equalization (DFE), были включены в DDR5, обеспечивая более высокие скорости ввода-вывода и скорости передачи данных.

2. Более низкое напряжение обеспечивает управляемость энергопотреблением

Вторым важным изменением является снижение рабочего напряжения (VDD), что помогает компенсировать увеличение мощности, связанное с работой на более высокой скорости. При использовании DDR5, DRAM, напряжение регистрирующего тактового драйвера (RCD) падает с 1,2 В до 1,1 В. Сигнализация команды/адреса (CA) изменена с SSTL на PODL, что имеет то преимущество, что не сжигает статическую энергию, когда контакты отключены. припаркован в высоком состоянии.

3. Новая архитектура питания для модулей DIMM DDR5

Третье и самое важное изменение — это архитектура питания. В модулях DIMM DDR5 управление питанием переносится с материнской платы на сам модуль DIMM. Модули DIMM DDR5 будут иметь 12-вольтовую микросхему управления питанием (PMIC) на DIMM, обеспечивающую лучшую детализацию загрузки системы. PMIC распределяет питание VDD 1,1 В, помогая с целостностью сигнала и уровнем шума, а также улучшая управление блоком питания на модулях DIMM.

4. Архитектура каналов DDR5 и DDR4

Еще одно важное изменение в DDR5, номер четыре в нашем списке, — это новая архитектура каналов DIMM. Модули DIMM DDR4 имеют 72-битную шину, состоящую из 64 битов данных и восьми битов ECC. В DDR5 каждый модуль DIMM будет иметь два канала. Каждый из этих каналов будет иметь ширину 40 бит: 32 бита данных с восемью битами ECC. В то время как ширина данных одинакова (всего 64 бита) с двумя меньшими независимыми каналами повышает эффективность доступа к памяти . Таким образом, вы не только получаете преимущество от «лежачего полицейского» с DDR5, но и от того, что более высокая скорость передачи MT/s усиливается за счет большей эффективности.

В архитектуре DIMM DDR5 левая и правая стороны DIMM, каждая из которых обслуживается независимым 40-битным каналом, совместно используют RCD. В DDR4 RCD обеспечивает два выходных тактовых сигнала на сторону. В DDR5 RCD обеспечивает четыре выходных тактовых сигнала на сторону. В модулях DIMM самой высокой плотности с x4 DRAM это позволяет каждой группе из 5 DRAM (одноранговых, полуканальных) получать свои собственные независимые часы. Предоставление каждому рангу и полуканалу независимого тактового сигнала улучшает целостность сигнала, помогая решить проблему более низкого запаса шума, возникающую при снижении VDD (из изменения № 2 выше).

5. Увеличенная длина пакета

Пятое важное изменение — длина пакета. Длина пакетной передачи DDR4 составляет четыре, а длина пакетной передачи — восемь. Для DDR5 количество прерываний и длина пакетов будут увеличены до восьми и шестнадцати, чтобы увеличить полезную нагрузку. Длина пакета шестнадцать (BL16) позволяет одному пакету получить доступ к 64 байтам данных, что является типичным размером строки кэша ЦП. Это можно сделать, используя только один из двух независимых каналов. Это обеспечивает значительное улучшение параллелизма, а при использовании двух каналов — большую эффективность использования памяти.

6. DDR5 поддерживает DRAM большей емкости

Шестое изменение, которое следует отметить, — это поддержка DDR5 устройств DRAM большей емкости. С модулями DIMM с буферной микросхемой DDR5 разработчик серверов или систем может использовать модули DRAM емкостью до 64 Гбит/с в корпусе с одним кристаллом. Максимальный объем памяти DDR4 составляет 16 Гб DRAM в однокристальном корпусе (SDP). DDR5 поддерживает такие функции, как ECC на кристалле, режим прозрачности ошибок, восстановление после упаковки, а также режимы чтения и записи CRC для поддержки DRAM большей емкости. Влияние устройств большей емкости, очевидно, проявляется в модулях DIMM большей емкости. Таким образом, в то время как модули DIMM DDR4 могут иметь емкость до 64 ГБ (с использованием SDP), модули DIMM на основе DDR5 SDP увеличивают эту емкость в четыре раза до 256 ГБ.

7. Более интеллектуальный модуль DIMM с DDR5

Набор микросхем DIMM для сервера DDR5 заменяет микросхему SPD DDR4 на микросхему концентратора SPD и добавляет две микросхемы датчика температуры (TS). Концентратор SPD имеет встроенный TS, который в сочетании с двумя дискретными TS IC обеспечивает три точки тепловой телеметрии от RDIMM.

В DDR5 коммуникационная шина между чипами обновляется до I3C, работающей в 10 раз быстрее, чем шина I2C, используемая в DDR4. Концентратор DDR5 SPD обеспечивает обмен данными между модулем и контроллером управления основной платой (BMC). Используя более быстрый протокол I3C, концентратор DDR5 SPD сокращает время инициализации и поддерживает более высокую скорость опроса и управления в реальном времени.

Информация о температуре, передаваемая из концентратора SPD на BMC, может использоваться для управления скоростью охлаждающего вентилятора. Частотой обновления DRAM теперь можно более точно управлять, чтобы обеспечить более высокую производительность или большее время хранения, а если RDIMM работает слишком сильно, пропускную способность можно регулировать по мере необходимости, чтобы снизить тепловую нагрузку.

Каковы проблемы проектирования DDR5?

Эти изменения в DDR5 вводят ряд конструктивных соображений, связанных с более высокими скоростями и более низкими напряжениями, что поднимает новый уровень проблем с целостностью сигнала. Разработчикам необходимо убедиться, что материнские платы и модули DIMM могут обрабатывать более высокие скорости передачи данных. При моделировании на уровне системы необходимо проверять целостность сигнала во всех местах DRAM.

Для моделей DDR4 основные проблемы с целостностью сигнала были связаны с шиной DQ с двойной скоростью передачи данных, при этом меньше внимания уделялось низкоскоростной шине командного адреса (CA). Для конструкций DDR5 даже шина условного доступа требует особого внимания для обеспечения целостности сигнала. В DDR4 рассматривалось использование компенсации дифференциальной обратной связи (DFE) для улучшения канала данных DQ. Но для DDR5 приемникам шины CA RCD также потребуются опции DFE для обеспечения хорошего приема сигнала.

Сеть подачи питания (PDN) на материнской плате — еще одно соображение, включая модули DIMM с PMIC. Принимая во внимание более высокие частоты тактовой частоты и скорости передачи данных, вы должны убедиться, что PDN может справиться с нагрузкой при работе на более высокой скорости, с хорошей целостностью сигнала и с хорошими чистыми источниками питания для модулей DIMM.

Разъемы DIMM между материнской платой и модулем DIMM также должны поддерживать новые частоты и скорость передачи данных. Для системного разработчика, при более высоких тактовых частотах и ​​скоростях передачи данных вокруг печатной платы (PCB), больше внимания должно уделяться проектированию системы для обеспечения электромагнитных помех и совместимости (EMI и EMC).

Как наборы микросхем интерфейса памяти DDR5 используют преимущества DDR5 для модулей DIMM?

Хорошей новостью является то, что микросхемы интерфейса памяти DDR5 улучшают целостность сигналов команд и адресных сигналов, отправляемых с главного контроллера памяти на модули DIMM. Шина для каждого из двух каналов идет к RCD, а затем разветвляется на две половины модуля DIMM. RCD эффективно снижает нагрузку на шину CA, которую видит хост-контроллер памяти.

Расширенный набор микросхем, включая концентратор SPD и TS, позволяет использовать более интеллектуальные модули DIMM, которые могут работать с более высокими скоростями передачи данных DDR5, оставаясь при этом в пределах желаемого энергопотребления и теплового диапазона.

Rambus предлагает набор микросхем интерфейса памяти DDR5, который помогает разработчикам использовать все преимущества DDR5, одновременно сталкиваясь с проблемами целостности сигнала, связанными с более высокими скоростями передачи данных, CA и тактовой частотой. Rambus первой в отрасли представила DDR5 RCD со скоростью 5600 МТ/с и постоянно повышает производительность своих решений DDR5 для удовлетворения растущих потребностей рынка. Производительность Rambus DDR5 RCD достигла уровня производительности 6400 МТ/с.

Являясь признанным лидером в области целостности сигнала (SI) и целостности питания (PI), Rambus имеет 33-летнюю историю создания систем с высочайшей производительностью на рынке.

Ознакомьтесь с другими руководствами:
— Аппаратный корень доверия: все, что вам нужно знать
— PCI Express 5 и 4: что нового?
— Атаки по сторонним каналам: объяснение
— Ссылка Compute Express: все, что вам нужно знать
— Объяснение MACsec: от А до Я
— Полное руководство по внедрению и выбору HBM2E

DDR3 против DDR4: общая пропускная способность в цифрах

TechSpot собирается отпраздновать свое 25-летие. TechSpot — это технический анализ и советы, которым вы можете доверять.

Мы уже какое-то время собираем данные о пропускной способности памяти — конечно, собираем — но один из главных вопросов, нависших над Skylake, — это то, что на самом деле дает поддержка DDR4. Также стоит сравнить четыре поколения контроллеров памяти — два двухканальных и два четырехканальных — и посмотреть, каковы слабые и сильные стороны каждого из них.

Примечание редактора: Приглашенный автор Дастин Склавос (Dustin Sklavos) — специалист по техническому маркетингу в Corsair, пишет в отрасли с 2005 года. Первоначально эта статья была опубликована в блоге Corsair.

Имея все это в виду, мы сравнили Intel Ivy Bridge-E (четырехканальная память DDR3), Haswell (двухканальная память DDR3), Haswell-E (четырехканальная память DDR4) и Skylake (двухканальная память DDR4) по различные оценки скорости в синтетическом тестировании в AIDA64, чтобы изолировать необработанную пропускную способность памяти. Возможно, вы уже слышали, что Skylake имеет очень надежный контроллер памяти, и, как вы увидите, это оказалось правдой.

Для каждого уровня скорости использовались следующие задержки CAS:

Одна важная вещь, на которую стоит обратить внимание в отношении DDR4, это то, что у нее есть странная «дыра задержки CAS». Вы заметите, что мы сразу перескочили с C16 на C18; C17 официально не поддерживается. В результате наблюдается существенный скачок задержки CAS при переходе к 3466 МГц, который необходимо улучшить, что довольно забавно, за счет увеличения частоты памяти.

Скорость чтения

Синие столбцы представляют наши конфигурации DDR3, а красные столбцы — наши конфигурации DDR4. Мы надеемся, что это должно снять некоторые опасения по поводу более высоких задержек DDR4, негативно влияющих на производительность по сравнению с DDR3. Были ситуации, когда DDR3 могла быть быстрее, чем DDR2 во время этого перехода, но DDR4 — это другое животное. Он предлагает стабильно более высокую пропускную способность чтения при той же тактовой частоте.

Обратите также внимание на то, что контроллер памяти Haswell с трудом преодолевает частоту 2400 МГц, которая действительно была сладкой точкой производительности в DDR3. Тем не менее, нет момента, когда колеса контроллера Skylake начинают трястись; он продолжает масштабироваться даже до 3600 МГц и выше.

Наконец, вы увидите еще одну тенденцию: DDR4-3000 на Skylake обеспечивает большую пропускную способность чистой памяти, чем стандартная DDR3-1600 Ivy Bridge-E. Теперь у нас есть массовая двухканальная платформа, способная генерировать почти такую ​​же большую пропускную способность памяти, как четырехканальная платформа последнего поколения.

Скорость записи

Интересно, что операции записи в память постоянно были незначительным больным местом. Производительность записи в память Haswell-E была ограничена ~48000 МБ/с и в основном оставалась на этом уровне независимо от скорости. Это очень быстро, но Skylake может превзойти его на частоте 3200 МГц и выше. Skylake также легко затмевает Haswell и Ivy Bridge-E.

Скорость копирования

Операции копирования в память выглядят в основном так же, как и операции чтения. Haswell имеет такое же падение на частоте 2666 МГц, а платформы с DDR4 стабильно быстрее даже на той же скорости. Исключительная способность Skylake наращивать тактовую частоту позволяет компенсировать пропускную способность и на достаточно высокой скорости поставить его на расстояние удара по Haswell-E.

Задержка

Вероятно, это то, к чему будут стремиться скептики DDR4, несмотря на огромную необработанную пропускную способность технологии. Задержка DDR4 немного выше, чем у DDR3, но не катастрофически.

На чем вам нужно сосредоточиться, так это на сопоставлении кривой DDR3 с кривой DDR4. DDR3 более или менее начинается с 1600 МГц для основных платформ, в то время как DDR4 не опускается ниже 2133 МГц. Таким образом, на начальном уровне для каждой платформы задержка более или менее одинакова, в то время как пропускная способность значительно лучше на DDR4.

Выводы

Во-первых, хотя прирост количества инструкций в такт у Skylake немного не впечатляет, его контроллер памяти — это совсем другое. Нам нужно посмотреть, как он справляется с DDR3L — и мы довольно скоро проверим это более подробно — но у него нет проблем с масштабированием, которые были у его предшественников. Контроллер памяти Skylake невероятно надежен, и в целом Skylake кажется более эффективным с памятью.