Сравнение ddr3 ddr4: Что такое DDR4 и чем отличается от DDR3?

Содержание

Зачем переходить на DDR4? / Хабр

^{(источник)}

Не так давно был опубликован стандарт на DDR4 SDRAM – оперативную память нового поколения. Стандарт во всех деталях описывает устройство памяти, но о том, в чём, собственно, отличия от памяти предыдущего поколения, или какие преимущества сулит переход на DDR4 сказано или совсем немного или не сказано вообще (вероятно, в надежде на фантазию читателей 🙂 ).

В этом посте я постараюсь изложить основные отличия DDR3 от DDR4, и какие преимущества несет для конечных пользователей новый стандарт памяти.

Увеличение объема и производительности

Одно тонкое, но в то же время важное отличие, заключается в том, как организованы чипы памяти.

8Gb x4 DDR4 чип обычно состоит из 4 групп банков, по 4 банка в каждой группе. Каждый банк такого чипа содержит 131.072 (2¹⁷) строк (rows), по 512 байтов каждая. Для сравнения 8Gb x4 DDR3 чип содержит 8 независимых банков, 65.536 (2¹⁶) строк на банк, по 2048 байтов в каждой строке. При равном объеме, у DDR4 чипа в два раза больше банков и гораздо короче строки памяти. Это означает, что новая память может переключаться между банками памяти гораздо быстрее, чем это делала DDR3. В частности, для 8Gb x4 DDR4 чипов, заявленных как 1600 MT/s compatible, показатель tFAW(Four-bank Activation Window) равен 20ns, что вдвое меньше, чем у DDR3 (40ns). Это означает, что DDR4 чипы памяти могут открывать произвольные строки в разных банках в два раза быстрее, чем DDR3.

Сравнение DDR3 и DDR4 показывает, что наибольший модуль DDR3, который теоретически может быть сконструирован, будет иметь размер 128GB (используя QDP (quad die package – упаковка четырех чипов в один корпус) и 8Gb кристаллы) (рис. 1). Для DDR4, используя 16Gb кристаллы, и восьмислойную упаковку кристаллов в чип, теоретически можно создать модуль памяти объемом до 512GB. Количество контактов на модулях DDR4 увеличилось до 284, чтобы адресовать такой объем памяти. Каждый чип DDR4 памяти может представлять собой стек из 2, 4 или 8 кристаллов DRAM. Стек из 8 слоёв описан в дополнениях к спецификации и скорее всего потребует использования TSV (through silicon via) для своей практической реализации.

В целом все эти изменения направлены на создание модулей памяти большей ёмкости и увеличение производительности.

Рисунок 1. Сравнение модулей DDR3 и DDR4 ^{(источник)}

Улучшенная энергоэффективность

Другая важная часть спецификации DDR4 – повышение энергоэффективности по сравнению с DDR3. Кроме снижения напряжения на I/O с 1.35V до 1.2V, новый стандарт также специфицирует использование более высокого уровня напряжения внутри чипов (DRAM word line 2.5V), что обеспечивает быстрый доступ в активном режиме и малый ток утечки в пассивном.

Изменилась и электрическая реализация интерфейса ввода-вывода данных. Новый интерфейс носит название pseudo-open drain (POD, «псевдо-открытый сток») и его основное отличие в том, что в схеме не протекает ток, когда на линии установлен высокий уровень напряжения. Электрические интерфейсы DDR3 и DDR4 показаны на рисунке 2.

Рисунок 2. Электрические интерфейсы data I/O для DDR3 и DDR4. ^{(источник)}

Уменьшение напряжение на I/O, изменения электрического интерфейса и уменьшение длины строк в банках памяти приводят к существенному сокращению энергопотребления по сравнению с DDR3. Предварительные оценки говорят о 30% выигрыше. Хотя, разумеется, это зависит от характера обращений к памяти, техпроцесса и многих других факторов. Такой выигрыш может использоваться для того, чтобы увеличить тактовую частоту и, соответственно, скорость работы, или для того, чтобы сэкономить немного энергии при той же производительности.

Надежность

Также, много немаловажных изменений относятся к надежности (RAS) DDR4. Например, спецификация говорит об обнаружении и коррекции чипами памяти ошибок, связанных с контролем четности команд и адресов.

Другой пример – то, что чипы DDR4 имеют режим тестирования соединений. Этот режим позволяет контроллеру памяти проверять электрические связи (и находить «обрыв» линий), гораздо быстрее, чем раньше, и без использования инициализирующих последовательностей.

Также модуль DDR4 может быть сконфигурирован так, чтобы отбрасывать команды, содержащие ошибки контроля четности. В DDR3 такие команды пропускались и доходили до чипов памяти, многократно усложняя восстановление после сбоев.

А как пример одной из необязательных «фич», которые содержит спецификация можно привести проверку контрольных сумм для записываемых в память данных.

Все эти и другие возможности направлены на то, чтобы обеспечить рост рабочих частот и объемов памяти (связанные с ростом количества ошибок в работе), при этом гарантируя стабильную работу.

С более высокой производительностью и энергоэффективностью, DDR4 память уже в 2014 году должна без труда занять своё место в многоядерных серверных и настольных системах. А затем, за счет меньшей цены за единицу объема в дополнение к другим преимуществам, DDR4 должна добраться и в другие устройства.

Сравнение DDR4 и DDR5 чем отличаются и в чем разница?

О сайте
Контакты

войти в систему

Добро пожаловат!Войдите в свой аккаунт

Ваше имя пользователя

Ваш пароль

Вы забыли свой пароль?

завести аккаунт

Зарегистрироваться

Добро пожаловат!Зарегистрируйтесь для создания учетной записи

Ваш адрес электронной почты

Ваше имя пользователя

Пароль будет выслан Вам по электронной почте.

восстановление пароля

Восстановите свой пароль

Ваш адрес электронной почты

04.02.2022

Изменена: 04.02.2022

🔥В данной статье вы узнайте о различиях между оперативной памятью DDR4 и DDR5 мы рассмотрим основные отличие и сравним стоит ли переходить на новую память DDR5. ✅ Все тесты и сравнения актуальны на февраль 2022 года.

✅ DDR5-это последняя версия памяти, доступная для настольных компьютеров, но стоит ли ее обновлять?

🔥 В этой статье мы обсудим различия между DDR4 и DDR5 и поможем вам решить, стоит ли переходить на DDR5 в настоящее время.

1 Сравнение DDR4 против DDR5

2 Стоит ли переходить DDR5?

2.1 Стоимость и доступность

2.2 Обновление процессора и материнской платы

2.3 Тайминги

2.4 Пропускная способность

2.5 Поддержка процессора

2.6 Возможность Обновления в Будущем

3 Какие процессоры Поддерживают DDR5?

4 Лучшая память для работы с процессором Alder Lake

4. 1 Рекомендуемая память DDR5

4.2 Рекомендуемая память DDR4

5 Как выбрать оперативную память

5.1 Форм-факторы Памяти

5.2 Что означает версии DDR

5.3 Что скорость оперативной памяти?

5.4 Что такое тайминги оперативной памяти?

5.5 Что такое объем памяти

Сравнение DDR4 против DDR5

таблица сравнения по производительности оперативной памяти DDR4 и DDR5
	DDR4	DDR5
Максимальный размер DIMM	64 ГБ	128 ГБ
Пропускная способность	12800-25600 МБ/с	25600-67200 МБ/с
Скорость Передачи	1600-3200 МТ/с	3200-8400 МТ/с
Базовая Частота	800-1600 МГц	1600-4200 МГц
Эффективная Частота	1600-3200 МГц	3200-8400 МГц
Напряжение	1. 2 В	1.1 В
On-die ECC	НЕТ	ДА

DDR5 обеспечивает вдвое большую пропускную способность и плотность чем у DDR4 при одновременном снижении энергопотребления. Более высокая пропускная способность обеспечивает более быструю обработку для приложений с большим объемом памяти, таких как игры, видео-и графические редакторы, 3D-инструменты и браузеры.

Кроме того, вся память DDR5 будет иметь встроенный модуль ECC, который обеспечивает обнаружение и исправление ошибок перед отправкой данных в центральный процессор. Ожидается, что DDR5 ECC повысит надежность и снизит частоту дефектов.

Стоит ли переходить DDR5?

🔥 DDR5-это новая версия оперативной памяти которая в ближайшие несколько вытеснит старые DDR3 и DDR4 и если Вам позволяют средства, то переход на DDR 5 даст вам ощутимую фору в играх. Если вы решили собрать компьютер для игр, обязательно почитайте мой последний обзор по выбору игровых процессоров на этот год.

Стоимость и доступность

В настоящее время DDR5 стоит дороже, чем DDR4 в три четыре раза. Я для примера в яндекс маркете сделал фильтрацию по самой дешевой цене и как видите цена достаточно сильно кусается

Обновление процессора и материнской платы

Процессор Intel Core 12-го поколения поддерживает как DDR4, так и DDR5. Однако DDR5 не имеет обратной совместимости с DDR4. Материнские платы поддерживают только одно или другое. Это ограничение материнской платы означает, что вам нужно будет выбрать, хотите ли вы получить более дешевую память DDR4 или получить память DDR5 с возможностью ее обновления в будущем.

Тайминги

🔥 DDR5 может иметь более медленное время при первоначальном выпуске, но по мере развития технологии должна быть намного лучше, чем DDR4. Однако имейте в виду, что тайминги масштабируются обратно пропорционально тактовой частоте (частоте).

Значения синхронизации указаны в единицах тактовых циклов, но с DDR5 в секунду происходит больше циклов. Например, DDR3-2133 CL10 имеет почти такую же задержку, как и DDR5-8400 CL40. Так что не позволяйте таймингам CL40 DDR5 отпугивать вас; число просто выглядит больше!

Пропускная способность

✅ Даже если задержка между DDR4 и DDR5 в настоящее время примерно одинакова, объем данных, которые DDR5 может передавать в секунду, намного выше. Это увеличение пропускной способности часто приводит к общему повышению производительности.

Поддержка процессора

В настоящее время только Intel выпустила процессоры, поддерживающие DDR5. Отсутствие поддержки DDR5 от AMD означает, что если вы хотите использовать процессор AMD, вы будете ограничены DDR4.

Возможность Обновления в Будущем

Если вы приобретете материнскую плату DDR4, вы не сможете использовать ее с DDR5. Материнские платы обычно поддерживают только DDR4 или DDR5, но не обе памяти одновременно.

Какие процессоры Поддерживают DDR5?

Процессоры Intel 12-го поколения Core под кодовым названием “Alder Lake” поддерживают DDR5. 🔥ч Кроме того, ожидается, что Intel будет поддерживать DDR5 со своим серверным процессором Xeon следующего поколения под кодовым названием “Sapphire Rapids”.

AMD еще не выпустила процессоры, поддерживающие DDR5, но ожидается, что поддержка DDR5 будет включена в их архитектуру Zen 4 следующего поколения, которую AMD выпустит в 2022 году.

Лучшая память для работы с процессором Alder Lake

🔥Если Вы еще не определились какую память вы хотите использовать для работы с процессором Alder Lake я расскажу какая самая лучшая память DDR4 или DDR5 лучше выбрать для процессора Socket 1700. Я хочу обратить внимание что для процессора Intel 12 поколения важно иметь хорошее охлаждения и в прошлой статья я сделал обзор какие кулеры поддерживают процессор Alder Lake.

Как выбрать оперативную память

Форм-факторы Памяти

При покупке оперативной памяти убедитесь, что вы выбрали правильный форм-фактор (т. е. физический размер) для устройства, чтобы обеспечить совместимость.

DIMM (Двойной модуль встроенной памяти) – это карты памяти предназначенные для материнских плат настольных компьютеров и серверов.
SO-DIMM (Двойной Встроенный модуль памяти Небольшого размера) – это небольшие карты памяти, предназначенные для ноутбуков и некоторых материнских плат малого форм-фактора например мини-ПК.

Что означает версии DDR

DDR (Двойная скорость передачи данных) SDRAM-это память, используемая сегодня почти во всех компьютерах.

С каждой версией DDR становится доступной более высокая скорость работы памяти.

Сравнение DDR для потребителей
	DDR3	DDR4	DDR5
Максимальный размер DIMM	16 ГБ	64 ГБ	128 ГБ
Пропускная способность	6400-17067 МБ/с	12800-25600 МБ/с	25600-67200 МБ/с
Скорость Передачи	800-2133 МТ/с	1600-3200 МТ/с	3200-8400 МТ/с
Базовая Частота	400-1067 МГц	800-1600 МГц	1600-4200 МГц
Эффективная Частота	800-2133 МГц	1600-3200 МГц	3200-8400 МГц
Напряжение	1,5 В	1. 2 В	1.1 В
On-die ECC	НЕТ	НЕТ	ДА

Что скорость оперативной памяти?

Скорость оперативной памяти DDR измеряется в мегатрансферах в секунду (МТ/с). МТ/с измеряют скорость считывания и записи данных в секунду в оперативную память и из нее.

Более быстрая память ПК может повысить производительность игры и частоту кадров, но использование самой быстрой оперативной памяти может не оказать такого влияния, как обновление процессора и видеокарты.

Предположим, вы не используете свой компьютер для приложений, требующих большой памяти, таких как игры или обработка видео. В этом случае вы можете увидеть мало пользы в использовании самой быстрой памяти.

Посмотрите модель материнской платы на веб-сайте производителя, чтобы определить, какие скорости поддерживаются. Цена обычно зависит от скорости работы памяти, поэтому выберите тот из вашего ценового диапазона, который соответствует вашим потребностям.

Что такое тайминги оперативной памяти?

Аналогично и в зависимости от скорости работы памяти, тайминги памяти также могут влиять на производительность. Производители часто ссылаются на тайминги в виде ряда цифр, таких как 16-18-18-38. Тайминги измеряют, сколько тактов требуется для выполнения действия. Если предположить, что карты памяти имеют постоянную скорость памяти, более низкие значения времени указывают на более короткое время между командами. Поскольку тайминги измеряются в тактах, они уменьшаются по мере увеличения скорости работы памяти.

Хотя тайминги памяти могут влиять на производительность, они, как правило, менее важны, чем скорость и емкость.

Что такое объем памяти

Объем оперативной памяти DDR измеряется в гигабайтах (ГБ).

Даже если вы не являетесь пользователем ПК-энтузиастом, я рекомендую использовать не менее 16 ГБ оперативной памяти. Такой объем оперативной памяти позволит вам одновременно открывать несколько окон браузера, видеопотоки и документы, не беспокоясь о замедлении работы компьютера.

Предположим, вы используете более требовательное к памяти программное обеспечение, такое как графические продукты Adobe, инструменты 3d или физики или видеоредакторы с высоким разрешением. В этом случае вы можете использовать 32 ГБ памяти для максимальной производительности ПК. Тем не менее, вы, вероятно, могли бы обойтись 16 ГБ памяти, если вы согласны закрыть некоторые приложения перед открытием других.

Посмотрите модель материнской платы на веб-сайте производителя, чтобы определить, какие объемы памяти и размеры модулей поддерживаются. Кроме того, обратитесь к документации вашей материнской платы для получения инструкций по использованию слотов.

Память обычно приобретается в упаковке из двух или четырех модулей (флешек). Убедитесь, что вы используете одинаковые скорости, мощности и время. Самые низкие значения будут использоваться, если используется несколько скоростей или таймингов. Если используется несколько размеров, вам может потребоваться использовать одноканальный режим, который будет работать медленнее.

Самый простой способ получить подходящие палочки для максимальной производительности-купить их вместе в упаковке.

Popular

DDR3 против DDR4 — много памяти на очень высокой скорости | Блоги

Когда дело доходит до объема памяти и того, как она используется в современном дизайне и дизайне следующего поколения, как и в любом другом аспекте высокоскоростного проектирования, речь идет о доступе к большим объемам данных на очень высоких скоростях.

Эволюция памяти с удвоенной скоростью передачи данных (DDR) на протяжении многих лет была довольно динамичной. Первоначальная память DDR была впервые представлена в 1998 г., за ней последовали DDR2 в 2003 г., DDR3 в 2007 г., DDR4 в 2014 г. и DDR5, предполагаемая дата появления которой где-то в этом году. Очевидно, что требуется больше памяти, но используемая память должна предоставлять данные быстрее. DDR4 предлагает значительные преимущества, но конструктивные особенности должны учитываться на уровне печатной платы, чтобы вся система работала правильно с первого раза и каждый раз. В этой статье будет представлено сравнение DDR3 и DDR4, проблемы, связанные с ними, различные стили и инструменты, используемые для проектирования памяти, примечания по применению и опыт, необходимый для обеспечения того, чтобы память работала так, как задумано.

Для этой статьи я обратился к Джону Засио, соавтору двух наших книг, Правильно с первого раза, Практическое руководство по высокоскоростным печатным платам и проектированию систем , тома 1 и 2. Он имеет более чем 50-летний опыт работы в области электротехники. Его опыт охватывает широкий спектр печатных плат (PCB), специализированных интегральных схем (ASIC), интегральных схем (IC), вентильных матриц, стандартных ячеек, высокоскоростных схем и тем проектирования подсистем питания. Джон работает техническим консультантом Speeding Edge, и мы всегда говорим, что он для разработки интегральных схем то же, что Ли Ричи, основатель и президент Speeding Edge, для проектирования плат. Вклад Джона в эту статью был неоценим и очень ценен.

Джон объясняет: «Покинув IBM в 1969 году, я перешел в компанию Mascor. Именно тогда появились динамические запоминающие устройства с произвольным доступом (DRAM). Я помню, как к нам подошел инженер по продажам Intel и рассказал нам об этом замечательном устройстве, которое у них было, и оно было намного лучше, чем основные воспоминания. В нем было 1000 бит. Я не помню, какова была скорость, но инженер по продажам сказал нам, что единственное, о чем нам нужно беспокоиться с DRAM, это то, что мы должны говорить ей, что нужно запоминать, иначе она забудет каждые четыре миллисекунды. Теперь это известно как Refresh. Вот что означает «динамический» в DRAM. Требуется немного заряда. Вы можете сосчитать электроны, помещенные в крошечный конденсатор, который через некоторое время разрядится. Таким образом, он должен вернуться и обновить себя. Он считывает небольшие сигналы, которые исчезают, а затем кладет их обратно».

Когда дело доходит до сравнения DDR3 и DDR4, в игру вступают несколько различных факторов. К ним относятся скорость передачи данных (скорость, с которой машина может считывать или записывать данные в ОЗУ), уровни напряжения (они ниже в DDR4), частота обновления памяти, время между передачей команды и ее выполнением, механизм обновления, объем памяти, стоимость, требуемый объем памяти, а также момент или время настройки, когда вам нужно будет переключиться с DDR3 на DDR4 (также известное как запланированное устаревание).

Маршрутизация и скорость DDR

Джон отмечает: «DDR4 в два раза быстрее, чем DDR3. С каждым новым поколением DDR скорость увеличивается в два раза».

DDR3 имеет скорость передачи данных от 800 МГц до 2133 МГц. Она не может подняться выше 2133 МГц. Из практических соображений скорость передачи данных для DDR3 варьируется от 1600 МГц до 1800 МГц. Скорость передачи данных для DDR4 увеличивается с 1600 МГц до 3200 МГц.

«Двойные запоминающие устройства имеют два класса контактов», — говорит Джон. «Есть адресные контакты (которые обычно называются адресным управлением), а иногда они представляют собой мультиплексы, такие как те, что используются в DDR. Вы вводите управляющее слово, и оно фиксируется в памяти для настройки регистров или какого-либо другого устройства, которое будет работать. Затем вы вводите адрес, и часы начинают тикать, пока данные передаются».

«При использовании DDR адрес обычно исходит от контроллера, проходит через каждую микросхему памяти и затрагивает их все. Это приводит к множественным нагрузкам на каждый провод. Выводы данных идут напрямую от контроллера к каждой микросхеме памяти. Как правило, на выводах данных имеется один драйвер и одна нагрузка. Это гораздо более чистый путь. И, поскольку это более чистый путь, он работает в два раза быстрее. Существует передача данных по данным, когда часы повышаются, и передача данных по данным, когда часы падают. Это отличается от контактов управления адресом, где за такт передается только одна часть информации. Если у вас скорость передачи данных 3200 Мбит/с на верхнем уровне DDR4, вы имеете дело с тактовой частотой 1,6 ГГц».

Джон продолжает: «Хорошая новость заключается в том, что DDR4 в два раза быстрее, чем DDR3, но не очень хорошая новость заключается в том, что вам придется начать беспокоиться о соответствии длины и качества линии передачи. Это похоже на то, что нам приходилось делать с оптоволоконными соединениями 15-20 лет назад».

Рис. 1. При чтении модуля DDR3 накапливается перекос. Этот перекос между сигналами CLK и DQS в DDR3 компенсируется выравниванием записи.

Дополнительные элементы, которые вступают в игру, включают стекловолокно ламината, важнейшую компоновку печатной платы и индуктивность переходных отверстий. Джон говорит: «Все эти вопросы беспокоят плату из-за скорости DDR4. Те же самые вещи, которые применимы к Интернет-каналу со скоростью 3, 4 или 5 Гбит/с, теперь начинают применяться к этим сигналам данных. Вы больше не можете просто купить дешевый кусок ламината, собрать печатную плату и ожидать, что она будет работать».

В дополнение к вышесказанному уровни напряжения выше в DDR3 по сравнению с DDR4 (1,5 В против 1,2 В соответственно).

Джон объясняет: «Большая проблема, помимо изменения уровня напряжения, заключается в том, что в DDR3 есть двухтактный драйвер. Это означает, что терминатор на модуле памяти DIMM (двухрядный модуль памяти) или в другом месте, как правило, эквивалентен резистору 50 Ом на 0,75 В, что составляет половину напряжения источника питания. Водитель либо тянул его вверх, либо опускал».

Структура ввода-вывода DDR3 и DDR4

Операционные различия между DDR3 и DDR4 показаны на рис. 2.

Рис. 2. Буфер ввода-вывода DDR3 и DDR4

Джон заявляет: . Верхний транзистор P-канала подтягивает этот провод к источнику питания 1,5 В. Внизу находится N-канальный транзистор, который тянет провод вниз к земле. На другом конце провода находятся два резистора внутри микросхемы памяти, которые являются терминаторами для этой линии. Обычно это два резистора по 100 Ом, что эквивалентно 50 Ом для половины этого напряжения.

Когда вы нажимаете на драйвер, ток проходит через верхний резистор через коаксиальный провод канала в землю. Для DDR3 общая величина тока от Vdd до GND одинакова для «1» или «0». Он просто меняет направление через провод. Вы должны иметь развязку на печатной плате, чтобы позаботиться о высокоскоростных изменениях пути, но низкая частота или постоянный ток постоянны и требуют очень небольшой развязки по низкой частоте».

«В отличие от DDR4, в правой части рисунка 2 транзистор P-канала используется только для выравнивания. По сути, это N-канальный драйвер, отключающий этот провод от 1,2 вольта. Терминатор заканчивается справа, и он идет на 1,2 вольта.

Важно то, что ток включен для нижнего уровня и выключен для верхнего уровня. Это означает, что у вас большие изменения тока Vdd и гораздо более сложная проблема развязки, чем для DDR3».

Джон продолжает: «Когда все провода одновременно переключаются с высокого уровня на низкий, может произойти очень большое изменение тока источника питания и гораздо большее рассеивание мощности, когда все провода остаются на низком уровне. Одной из интересных функций, помогающих модулировать это в DDR4, является сигнал DBI (инверсия шины данных). Это означает, что что-то на контроллере смотрит на количество нулей и единиц в каждом байте исходящей информации. Обычно 1 соответствует высокому уровню, а 0 — низкому. Если нулей больше, чем единиц, он просто инвертирует слово данных и отправляет сигнал «это инвертировано». Это означает, что у вас никогда не будет опущено более половины проводов, что снижает пиковую нагрузку. Кроме того, это также снижает мощность переходного процесса в два раза. Но это логическая функция, а не функция платы».

С точки зрения характеристик платы, поскольку скорости выше, меньше возможностей для настройки. Например, если вы работаете со скоростью 3,2 Гбит/с, это соответствует 312 пс. Джон отмечает: «312 пс — это период. Кроме того, у вас должен быть какой-то допуск на джиттер, на настройку и удержание приемников и на помехи сигнала в проводах. Это означает, что линии должны быть очень плотно настроены. В результате вы, вероятно, не можете позволить себе иметь больше нескольких, может быть, до пяти процентов от этих 312 пс, выделенных для изменения длины строки. Для DDR4 рекомендуется, чтобы линии были точно настроены на диапазон 5 пс».

Даже при использовании DDR3 различия в линиях внутри корпуса IC намного больше. Джон заявляет: «Когда вы проектируете пути, вы должны обратиться к производителю микросхемы, чтобы узнать длину каждой линии внутри корпуса ИС, а также диэлектрическую проницаемость и скорость этих линий. Затем нужно вычесть окончательное число из варианта, который есть на доске».

Даже с учетом предыдущих проблем в DDR4 есть ряд функций, которых нет в DDR3. Некоторые из этих функций очень удобны для тех разработчиков продуктов, которые проектируют высокоскоростные продукты, такие как серверы и маршрутизаторы. «Одна из полезных функций DDR4 — это функции тестирования, — продолжает Джон. «Я привык иметь дело с процессорами с большим количеством модулей DIMM. Недавно у меня была конструкция с четырьмя модулями памяти DIMM и четырьмя контроллерами, что эквивалентно сотням проводов, выходящих из действительно большого BGA. Не существует теста JTAG, который проверяет каждый провод, чтобы убедиться, что он припаян правильно. Итак, мы сделали небольшие тестовые платы, которые вставили в разъем DIMM. Мы поместили часть информации, например адресный провод, на эту плату перемычек, поместили ее на провод данных и вернули обратно. Когда мы покачивали провод адреса, мы ожидали, что провод данных будет двигаться. Эта операция была похожа на JTAG. Это была утомительная и трудоемкая работа, но это стоило того, чтобы найти какие-либо соединения холодной пайки или прерывистые соединения, прежде чем мы соберем всю систему, а затем возникнет проблема. В DDR4 такая функциональность встроена непосредственно в чип».

«Кроме того, есть тестовый режим, который говорит: «Я настроен на тестовый режим, и я вообще не собираюсь беспокоиться о скорости». Я за смесь DC 1 и 0 на адресных линиях». Существует шаблон, который вы размещаете на адресных линиях, и он выходит на этих битах данных на очень низких скоростях. Это делает тестирование действительно хорошим».

Изготовление модулей DDR

В памяти большого объема имеются избыточные строки и столбцы для учета любых производственных дефектов. По сути, одно пятнышко грязи может стереть транзистор и привести к тому, что ряд перестанет работать. Раньше на поверхности каждой микросхемы памяти были маленькие предохранители. Часть производственного тестирования заключается в проверке каждой строки, каждого столбца и каждого расположения битов и использовании предохранителей для определения того, какие столбцы и строки являются хорошими, а какие можно игнорировать.

Джон объясняет: «Теперь, с современными микросхемами памяти, покупателю доступны по крайней мере один или два ряда, так что это можно сделать с помощью электричества в полевых условиях, поскольку биты со временем изнашиваются. Вместо того, чтобы выбрасывать память и звонить в сервисный центр, вы можете в электронном виде сказать: «У меня есть этот плохой ряд на этом чипе, поэтому я его заменю». Если вы думаете о пластинах, которые производятся сегодня, поиск дефектов может быть очень сложным. У вас есть пластины диаметром 13 дюймов, и на каждой пластине выполняется полное 100% сканирование. Они находят дефекты на каждом слое маскировки, а маскирующих слоев 40. Это представляет огромные объемы данных. Все это собирается с помощью лазерных сканеров и возвращается по оптоволоконному кабелю на серверы».

Существуют различия между памятью DDR3 и DDR4, а также различия в стилях, используемых при разработке микросхем памяти.

Джон Засио, консультант по технологиям Speeding Edge и эксперт по проектированию компонентов, объясняет: «Есть люди, которые проектируют с использованием модулей DIMM, и есть люди, которые проектируют с точки зрения «давайте поместим чип на печатную плату рядом с контроллером». Но когда вы помещаете чип на печатную плату, у вас могут возникнуть неприятные проблемы. Микросхемы памяти имеют контакты, расположенные довольно близко друг к другу. На большой серверной плате у вас может быть печатная плата толщиной 1/10 дюйма, состоящая из 20 слоев. В такой конфигурации очень сложно поставить микросхемы памяти на плату и настроить линию. Для моих клиентов, которые имеют дело с большими объемами памяти в действительно высокоскоростных сетевых продуктах, они используют модули памяти DIMM. Они даже не пытаются ставить фишки на доску. Вы можете поместить чипы на плату, если вы собираетесь делать крошечный контроллер или если вы делаете конечный продукт, такой как сотовый телефон, где очень тонкая плата, изготовленная методом наплавки вместо просверленных отверстий».

Существует два типа модулей DIMM. Один стиль буферизуется. Это называется зарегистрированным. Другой стиль небуферизован. Небуферизованный означает, что провода ADD/CTR, выходящие из контроллера, входят в модуль DIMM, а затем последовательно идут по всей длине модуля DIMM и касаются каждого чипа модуля DIMM, чтобы получить адрес и управление этими чипами. Поскольку на линиях так много микросхем, проблема целостности сигнала становится очень серьезной. Изменяются импедансы линий, как и производственные допуски, поэтому необходимо выполнить много моделирования, чтобы убедиться, что продукт будет работать на скорости.

Рисунок 3: Топология маршрутизации DDR3 для зарегистрированных и небуферизованных модулей DIMM

Джон отмечает: «Если вы используете буферизованный DIMM, то адрес и управление поступают на DIMM, и есть одна нагрузка, как и на контактах данных. Одна нагрузка приходится на драйвер, а другая на модуль DIMM. В результате линия получается очень чистой. Таким образом, шансы получить правильную память на порядок выше, если вы используете зарегистрированный модуль DIMM, а не небуферизованный. Есть еще один вариант: 64-битные или 72-битные модули DIMM. 72 бита называются коррекцией ошибок и контролем (ECC). Если у вас есть эти дополнительные биты, в них достаточно информации, чтобы контроллер мог обнаружить возвращение плохого бита. Если вы что-то читаете и один бит неверен, контроллер может определить, какой бит неверен, и исправить его, перевернув его. Это очень важно для DRAM из-за однобитовых ошибок, вызванных космическими частицами или альфа-частицами, пришедшими с «небес», которые могут пройти через 40 футов свинца. Когда это проходит через чип памяти, он стирает бит памяти. Это гарантированно периодически происходит на больших серверах. Если у вас есть дополнительные биты, вы можете легко исправить проблему».

«Стоимость этих дополнительных битов ECC является номинальной по сравнению с процессором, который зависает и не работает должным образом, — продолжает он, — с зарегистрированным модулем DIMM конструкция платы становится намного проще, поскольку у вас есть один драйвер и одна нагрузка. Вам не нужно беспокоиться обо всех производственных допусках, поскольку провода проходят через модуль DIMM. Все это стоит пару долларов за модуль DIMM. Но если вы имеете дело с большой машиной, которая стоит 100 000 или 1 000 000 долларов, дополнительный доллар не имеет большого значения, чтобы убедиться, что ваш дизайн будет работать правильно с первого раза и все время. Без регистров вы имеете дело с производственными допусками длины проводов в памяти DIMM и вариациями конденсаторов на каждом из чипов, и вы можете не соблюдать все крайние случаи, и у вас могут периодически возникать некоторые ошибки. Вот почему я рекомендую всем своим клиентам использовать зарегистрированные модули DIMM».

Замечания по применению, инструменты и опыт проектирования

Как мы отмечали в нескольких разделах нашей книги, полагаться на заметки по применению от производителя микросхем часто не самый лучший путь. Джон объясняет: «Пару лет назад у меня был клиент, который использовал FPGA и RLDRAM со скоростью 2,4 Гбит/с. Импеданс адресных/управляющих линий, указанный в примечаниях по применению, был неправильным, но поставщик микросхемы не мог гарантировать, что деталь будет работать, если заказчик не использовал импедансы, работа которых была доказана на тестовой плате.

В итоге мы смоделировали деталь и ее работу с помощью инструмента от HyperLynx, чтобы определить, будет ли деталь работать с низким импедансом линии передачи поставщика. У заказчика не было инженерного опыта и знаний, чтобы подвергать сомнению примечания по применению, поэтому они построили плату для них, но это определенно был не лучший способ ее изготовления. Проблема заключается в том, что сами производители микросхем не всегда понимают интерфейсы памяти, требования к линиям передачи, необходимость установки нескольких микросхем подряд и изменения импеданса», — добавляет Джон. «Поэтому, если они не понимают этих факторов, вполне вероятно, что их примечания к применению будут ошибочными».

Как узнать, когда переходить к следующей итерации продукта?

По мере увеличения скорости сетевых процессоров возникает соответствующая потребность в более быстрой памяти. Но, как цитирует Джон, «процессору на сервере требуется определенное количество наносекунд, чтобы сказать «мне нужна информация» из памяти, а затем перейти к кешу, который обычно представляет собой встроенный в кристалл блок памяти недавно использованной информации. Если информации там нет, инструкция состоит в том, чтобы «выйти в основную память» и найти ее. Все это требует времени, чтобы выйти по проводам в DRAM, а затем получить информацию обратно в микросхему контроллера».

«Интересно, что фактическое количество наносекунд для доступа к памяти существенно не увеличилось за последние десять лет. Что произошло, так это то, что тактовая частота изменилась. Объем данных, которые вы можете получить после того, как инициируете этот запрос, удваивается каждые несколько лет. Во-вторых, полупроводниковые транзисторы стали меньше, поэтому в микросхему памяти можно поместить больше памяти. Как показано в таблице 1, объем памяти значительно увеличился. Мы собираемся до 16 Гб на чип памяти. У нас в два раза больше фактических данных по каждому чипу для каждого поколения с удвоенной скоростью. Это важно для тех, кто проектирует сетевые процессоры, маршрутизаторы или серверы. Им нужно идти в ногу с современными технологиями, что означает более быстрые процессоры и более быструю память».

Таблица 1. Увеличение объема памяти (Источник: Micron Technology)

Что касается наборов инструментов, симуляторы могут помочь в проектировании памяти, но они сложны и требуют высокого уровня инженерных знаний для их использования. Джон объясняет: «Существуют симуляторы, которые могут помочь в процессе проектирования, но очень, очень сложно ввести в программы всю необходимую информацию. Это как иметь очень сложные электронные таблицы, в которых можно выполнять вычисления и давать ответ, но ответ хорош ровно настолько, насколько хороши числа, которые вы помещаете в электронную таблицу. У вас должна быть очень хорошая модель линии передачи, эффектов переплетения стекла и шлейфов переходных отверстий, контактов на корпусе и длин дорожек внутри корпуса от микросхемы контроллера до платы. Эти инструменты могут быть очень хорошими, но настройка моделей может быть очень утомительной. Для этого типа дизайнерских усилий требуется человек, который имеет большой опыт работы с экстремальными деталями. Это не навык, который вы приобретаете за одну ночь».

Резюме

Хорошая новость заключается в том, что есть продукты, которые работают на очень высоких скоростях и имеют много быстрой памяти. Основываясь на развитии технологий, емкость памяти будет только увеличиваться. Задача состоит в том, чтобы понять, как работает DDR3 по сравнению с DDR4 и что требуется на уровне платы для обеспечения правильной работы этих схем.

Свяжитесь с нами или загрузите бесплатную пробную версию Altium Designer® и Altium Concord Pro™. Вы получите доступ к лучшим в отрасли функциям совместного проектирования MCAD/ECAD, компоновке печатных плат, документации и функциям управления данными в одной программе. Поговорите с экспертом Altium сегодня, чтобы узнать больше.

Разница между оперативной памятью DDR3 и DDR4 —

1. Внешний вид

Внешний вид между ними невелик, в основном только информация на этикетке и положение слота для карты.

Что касается слотов для карт, DDR4 имеет выемку ближе к центру, чем DDR3.

Что касается слотов для карт, по сравнению с DDR3, у DDR4 вырез ближе к центру, количество контактов золотых пальцев настольной памяти увеличилось с 240 до 284, а расстояние между контактами уменьшено с 1 мм до 0,85 мм, ведь при неизменной общей длине (133,35±0,15 мм) расстояние становится меньше при увеличении числа. Количество золотых контактов на картах памяти, предназначенных для ноутбуков, увеличено с 204 до 256, а расстояние между ними уменьшено с 0,6 мм до 0,5 мм. Есть небольшая прибавка по высоте, но это не параметр, влияющий на использование, и его вообще не учитывают.

Еще одна очень важная особенность заключается в том, что золотой палец настольной памяти четвертого поколения был изменен в горизонтальном направлении. Это уже не прямая линия, а слегка изогнутая, то есть середина чуть длиннее, а концы чуть короче. Этот дизайн в основном облегчает вставку и извлечение карты памяти. Однако чит памяти ноутбука не имеет такой конструкции. Ведь память ноутбука редко имеет ситуацию подключения и отключения.

2. Емкость

Что касается емкости, стандартные характеристики поколений ddr3 и ddr4 составляют 4G и 8G, 8G и 16G соответственно.

Технология DS (3-Dimensional Stack, трехмерное стекирование) — одна из наиболее важных технологий в памяти DDR4. Он используется для увеличения емкости одного чипа. Теоретически максимальная емкость одного чипа составляет 128 ГБ, но в потребительских продуктах она не реализована. Более того, чем больше емкость, тем выше соответствующая цена, что неподъемно для рядовых потребителей, а с ростом спроса на объем памяти системами и приложениями в настоящее время на рынке обращаются две основные емкости — 8 ГБ и 16 ГБ. Технические характеристики памяти ddr3 емкостью 4G постепенно уходят с рынка.

3. Частота

Частота всегда была одним из важных параметров продуктов памяти. При покупке памяти большинство пользователей в первую очередь смотрят на емкость, а затем на частоту. В конце концов, частота является важным показателем производительности. Частота ddr3 была нам знакома в прошлом. Когда мы увидим эти цифры, мы сразу подумаем о частоте памяти, от 800, 1066 на ранней стадии до 1333, 1600 на средней стадии, а затем 1866, 2133, 2400 на более поздней стадии. Можно сказать, что память ddr3 была с нами почти 10 лет, но в основном 2133 и 2400 существуют в области разгона.