Новый стандарт оперативной памяти DDR4 повысит производительность. DDR3 или DDR4? Какая память помнит быстрее? Оперативная память ddr4 4gb технические характеристики

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

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

Прошло относительно немного времени с тех пор, как современная оперативная память стандарта DDR3 заменила собой привычные модули DDR2 и постепенно превратилась из дорогого экзотического удовольствия с сомнительной производительностью в массовый продукт, востребованный всеми сегментами рынка. Совсем недавно - каких-то три года назад, составляя публикацию FAQ по DDR3 , мне в большинстве случаев приходилось говорить о возможностях DDR3 в будущем времени.

Появление нового стандарта оперативной памяти DDR4 уже не за горами. По прогнозам экспертов JEDEC Solid State Technology Association (ранее Joint Electron Devices Engineering Council), независимой индустриальной организации по разработке и принятию стандартов в полупроводниковой промышленности, первые прототипы модулей DDR4 SDRAM появятся уже в следующем году, когда будут оформлены окончательные спецификации стандарта. Начало массового коммерческого производства DDR4 сейчас планируется на 2012 год, а полномасштабный переход с DDR3 на DDR4 ожидается ближе к 2015 году.

До недавнего времени о стандарте DDR4, впервые представленном на форуме Intel для разработчиков в Сан-Франциско в 2008 году, было известно относительно немного. В целом, обсуждались грядущие тактовые частоты, напряжение питания да предполагаемые нормы техпроцесса. Никакой особой конкретики по архитектуре чипов, топологии интерфейсов или сигнальным параметрам не было. По большому счёту, полной ясности в этих вопросах нет и сейчас, однако конференции Denali MemCon10 и MemCon Tokyo 2010, прошедшие в конце июля в Санта Клара и Токио, добавили некоторой определённости будущему стандарту.

Благодаря компании Denali в распоряжении нашей компании оказался полный пул докладов, презентаций и обсуждений, озвученных в рамках MemCon10, так что сегодня мы предлагаем вашему вниманию "выжимку" известной информации о будущем DDR4.

⇡ Как и почему DDR3 тормозит появление DDR4

Прежде всего, надо понимать одну простую вещь: переход на новый стандарт происходит не по приказу свыше или чьему-то капризу, а в связи с неспособностью продуктов предыдущего поколения справляться с поставленными задачами. То есть, потребность в DDR4 возникнет сразу же после того, как DDR3 полностью исчерпает свои возможности.

Именно в этом и заключается ключевая интрига с переносом сроков внедрения DDR4 на более поздние сроки, нежели планировалось ранее. Об этом в ходе MemCom10 подробно рассказал Билл Герваси (Bill Gervasi), вице-президент US Modular и член совета директоров JEDEC. На сегодняшний день возможности архитектуры DDR3 вряд ли можно назвать исчерпавшими себя, так что пока есть смысл продолжать развитие этого стандарта и дальше. И чем больше удастся "выжать" из DDR3, тем дальше будут переноситься сроки внедрения DDR4.

Посмотрим на сложившуюся ситуацию. По традиции, производительность нового поколения памяти обычно стартует с тех позиций, на которых "захлебнулось" предыдущее поколение. Напомним, что память DDR3 стартовала с отметки DDR3-1066, на которой остановилась экспансия массовой памяти DDR2 (DDR2-400/1066).

На сегодняшний день память DDR3-1333 представляет собой массовый общепринятый индустриальный стандарт. На рынке предостаточно модулей памяти DDR3-1600, встречаются DDR3-1866, и не счесть всевозможных нестандартных вариантов вроде DDR3-2000.

Ранее ожидалось, что возможности массовой памяти DDR3 будут исчерпаны где-то в районе производительности уровня DDR3-1600. С этой отправной точки предполагалось восхождение памяти DDR4, однако совсем недавно спецификации DDR3 пополнились стандартизированной версией DDR3-2133.

Таким образом, при наличии сертифицированных стандартных модулей DDR3-2133 появление памяти стандарта DDR4-1600 попросту теряет всякий смысл. Современный, более реалистичный роадмэп, озвученный на конференции MemCon10, предполагает, что в рамках стандарта DDR4 скорость модулей составит от DDR4-2133 до DDR4-4266.

Однако растущая производительность - не единственный "козырь", продлевающий жизнь стандарта DDR3 и отдаляющий появление DDR4. Ещё один важный момент - энергопотребление, напрямую связанное с напряжением питания чипов памяти. Первоначально предполагалось, что напряжение питания новой памяти DDR4 составит 1,2 В, и затем появятся новые поколения чипов с питающим напряжением 1,1 В и 1,05 В. В то же время, для DDR3, впервые представленной в 1,5 В варианте, экспансия должна была закончиться на нынешних 1,35 В чипах. Однако выпуск низковольтной памяти DDR3 с напряжением питания всего 1,25 В делает появление 1,2 В памяти DDR4 преждевременным, так как более высокие частоты работы памяти значительно увеличивают энергопотребление.

Третий важный момент - растущая ёмкость модулей, и здесь DDR3 вновь не готова сдавать позиции. Появление низковольтных чипов DDR3 емкостью 4 Гбит и 8 Гбит позволяет наладить выпуск очень ёмких модулей памяти с низким энергопотреблением, что также делает появление DDR4 в ближайшее время неактуальным.

⇡ Мир никогда не будет прежним: новая архитектура и топология DDR4

В своё время, при переходе от памяти DDR2 к DDR3 разработчиками нового по тем временам стандарта был сделан революционный шаг. Типичная для DDR2 топология подключения шины памяти "звёздочкой" была заменена на сетевую (Fly-by) топологию командной, адресной и управляющей шин, с внутримодульной (On-DIMM) терминацией и прецизионными внешними резисторами (ZQ resistors) в цепях калибровки.

Однако сколько верёвочке не виться, а шине с многоточечной топологией линий передач данных всё же приходит конец, как он давным-давно пришёл для графической памяти GDDR. Не те нынче скорости, не те потребности в объёмах передаваемых данных.

Как однозначно выразился по этому поводу Билл Герваси, "Multi-drop bus must die ". Применительно к стандарту DDR4 это означает, что место многоточечной топологии займут соединения типа "точка-точка", иначе не добиться значительного прироста производительности.

Из этого следует, что подсистема памяти DDR4 позволит поддерживать только один единственный модуль памяти на каждый канал. Вряд ли это окажет существенное воздействие на рынок мобильных и настольных ПК, хотя увеличение объёмов оперативной памяти не помешает никому, однако наиболее важным этот вопрос будет для серверного рынка. Как же наращивать количество памяти в условиях таких жёстких канальных ограничений?

Выходов из ситуации на сегодняшний день придумано несколько.

Первый - самый логичный: необходимо наращивать ёмкость собственно чипов и модулей памяти. Один из перспективных способов - изготовление многоярусных чипов по технологии TSV (Through-Silicon Via), которую также называют "объёмной", или просто 3D.

С многослойными (MLP) чипами флэш-памяти технология TSV имеет лишь отдалённое сходство, однако понять суть формирования чипа в самых общих чертах такая аналогия помогает. Идея, кстати, отнюдь не нова, так как ещё в 2007 году компания Samsung Electronics объявила о выпуске первых многоярусных 512-Мбит чипов DRAM по технологии TSV.

Именно эту технологию планирует использовать для выпуска DDR4 консорциум из компаний Elpida Memory, Powertech Technology и United Microelectronics (UMC). Совместными усилиями они намерены развивать технологию TSV (Through-Silicon Via) для выпуска многослойных 3D чипов, объединяющих логику и память. В рамках проекта будет разрабатываться технология выпуска многослойных чипов для норм 28-нм техпроцесса на базе технологий DRAM компании Elpida, сборочных предприятий компании PTI и производственных мощностей UMC по выпуску логики. Таким образом, планируется добиться выпуска относительно недорогих чипов памяти DDR4 очень высокой ёмкости.

Над внедрением технологии TSV также активно работает компания Hynix, которая в рамках Denali MemCon10 рассказала о собственных планах выпуска ёмких чипов DDR и GDDR на ближайшие годы. По словам представителей компании, разработка методик применения TSV в настоящее время находится в зачаточном состоянии, и пока трудно оценить, какие плюсы это может принести в будущем.

Ещё один хорошо известный и уже зарекомендовавший себя способ - использование техники так называемой "разгружающей памяти" - LR-DIMM (Load-Reduce DIMM). Суть идеи состоит в том, что в состав модуля памяти LR-DIMM входит специальный чип (или несколько чипов), буферизирующих все сигналы шины и позволяющих увеличить количество поддерживаемой системой памяти.

К примеру, на сегодняшний день компании Samsung и Micron уже освоили технологию выпуска модулей памяти стандарта DDR3 LR-DIMM объемом 32 Гб. Ничто не ограничивает применение этой технологии и при выпуске памяти DDR4. Правда, не стоит забывать про, пожалуй, единственный, но от этого не менее существенный недостаток LR-DIMM: буферизирование неизбежно ведёт к дополнительному увеличению латентности, которая у памяти DDR4 по определению будет и без того немаленькая.

Для сегмента серверных и high-end вычислений, где востребован очень большой объём памяти, предлагается совершенно иной выход из ситуации. Здесь предполагается использование высокоскоростной коммутации специальными многовходовыми чипами-коммутаторами.

Как известно, CAS-латентность (задержка между отправкой в память адреса столбца и началом передачи данных) нынешней памяти DDR3 составляет 5 - 16 тактов, для GDDR5, соответственно, 5 - 36 тактов; при этом tRFC для DDR3 составляет 90 - 350 нс. В частности, для памяти DDR3-2133 типичные тайминги составляют 12-12-12 против 9-9-9 многих модулей DDR3-1333. К сожалению, тайминги и латентность памяти DDR4 мы пока что не можем оценить даже теоретически, ибо, напомню, выпуск финальных спецификаций DDR4 планируется JEDEC не ранее 2012 года. Буфера предвыборки 8n, рассчитанную на выборку 8 слов данных за одно обращение к памяти у DDR3, действительно сменит Prefetch16 у DDR4, однако как именно это скажется на общей производительности, без знания остальных ключевых характеристик DDR4 оценить трудно.

⇡ Просуммируем

Уже сейчас, задолго до появления первых модулей памяти DDR4 SDRAM на прилавках наших магазинов, можно уверенно сказать: процесс перехода с DDR3 на DDR4 будет более сложным и более продолжительным, нежели в своё время переход с DDR2 на DDR3, который, как мы все помним, тоже был не сахар и закончился совсем недавно.

Тяжелее придётся всем - и производителям чипов, и производителям модулей памяти. За счёт изменения топологии и архитектуры памяти сложнее придётся и производителям системных плат, и системным интеграторам. Разумеется, достанется и нам, конечным пользователям, которые в итоге оплатят весь этот "праздник" перехода на новые стандарты из своего кошелька.

Отчасти переход на новый тип памяти тормозится технической неготовностью индустрии к выпуску DDR4. Например, чтобы выпускать чипы памяти DDR4 с напряжением питания хотя бы 1,2 В, необходимо сначала толком осилить 30-нм техпроцесс, а ведь в результате получится не самый экономичный чип даже по сравнению с нынешними 1,25 В вариантами DDR3 из-за более высокого энергопотребления на более высоких рабочих частотах. Меньшее напряжение питания транзисторных ядер, и, соответственно, меньшее энергопотребление чипов будут реальны только с освоением примерно 20-нм норм техпроцесса, что произойдёт не ранее 2012-2013 годов.

Острую необходимость в более производительной памяти сегодня удаётся снизить благодаря расширению спецификаций DDR3 до поддержки режима DDR3-2133, что уменьшает необходимость срочного появления нового поколения памяти. Первоначальная версия DDR4-1600 вряд ли вообще будет выпущена ввиду неактуальности.

На сегодняшний день предполагается, что модули памяти DDR4 будут представлены в вариантах от DDR4-2133 до DDR4-4266. Ожидается, что первые чипы DDR4, выпущенные с соблюдением норм 32-нм/36-нм техпроцессов, появятся уже в следующем, 2011 году, а собственно стандарт DDR4 в окончательной редакции будет принят JEDEC в 2012 году.

Затем стартует многолетняя эпопея по постепенному замещению DDR3 на DDR4, которая, по предварительным оценкам, проявит себя всерьёз к 2015 году, и затем ситуация начнёт развиваться по нарастающей.

Так что в любом случае, на сегодня основной вывод один: несколько спокойных лет с памятью DDR3 у нас ещё есть.

Наконец-то позволил сравнить между собой память стандартов DDR4 и DDR3 в равных условиях. Однако прежде чем перейти к результатам тестирования, предлагаем сначала более детально изучить различия между данными типами модулей. Это даст нам лучшее представление о том, чего стоит ожидать от новой памяти не только сейчас, но и в ближайшем будущем.

За разработку стандарта DDR4 ассоциация JEDEC взялась еще в 2005 году. В те времена в магазинах еще полных ходом продавались планки DDR2, и только планировался серийный выпуск модулей DDR3. Иными словами, инженеры уже тогда понимали, что возможности данных стандартов ограничены и рано или поздно они станут лимитировать либо вовсе не соответствовать уровню остальных комплектующих ПК.

Причем речь идет не только о пропускной способности памяти, но и о таких важных характеристиках, как энергопотребление модулей и их объем. Как можно убедиться из данной диаграммы, планки DDR4 обходят своих предшественников по всем параметрам.

Увеличение пропускной способности

Пропускная способность подсистемы памяти напрямую зависит от скорости работы модулей: чем она выше, тем быстрее осуществляется запись и чтение из памяти. Конечно, далеко не все приложения постоянно обмениваются большими массивами данных, поэтому в реальных условиях эксплуатации пользователь может и не ощутить преимущества от установки более производительных комплектов. Но если мы говорим о специализированных программах наподобие видео- и фоторедакторов, CAD-систем или средств для создания 3D-анимации, то результат от применения скоростных модулей уже окажется куда существеннее. Также высокая пропускная способность подсистемы памяти важна при использовании встроенной графики. Ведь у iGPU нет доступа к быстрым чипам GDDR5, поэтому вся необходимая ему информация помещается в оперативную память ПК. Соответственно, в данном случае установка более производительных комплектов памяти напрямую будет влиять на количество FPS на экране.

Для формата DDR3 стандартными являются частоты от 1066 МГц до 1600 МГц, и лишь недавно добавилось значение 1866 МГц. Для DDR4 же минимальная скорость работы начинается с отметки 2133 МГц. Да, вы скажете, что модули DDR3 могут наверстать разницу с помощью разгона. Но ведь то же самое доступно и для планок DDR4, у которых и разгонный потенциал выше. Ведь с помощью оптимизации параметров модули DDR3 обычно берут планку в 2400 - 2666 МГц, для DDR4 без проблем покоряются высоты в 2800 - 3000 МГц.

Если сравнивать стандарты DDR4 и DDR3 с точки зрения энтузиастов-оверклокеров, то и тут перевес будет на стороне DDR4. Уже сейчас достигнуто значение в 4838 МГц, а ведь прошел только один год после анонса нового формата. Напомним, рекордной частотой разгона для модулей DDR3 является 4620 МГц, которая была зафиксирована лишь через 7 лет после запуска стандарта DDR3 в производство. Одним словом, в плане скорости работы потенциал у памяти DDR4 очень большой.

Улучшение энергоэффективности

Вторым важным преимуществом модулей DDR4 является возможность функционирования на низких напряжениях. Так, для их корректной работы на номинальных частотах (2133 - 2400 МГц) достаточно всего лишь 1,2 В, что на 20% меньше, чем у их предшественников (1,5 В). Правда, со временем на рынок была выведена энергоэффективная память стандартов DDR3L и DDR3U с напряжением питания 1,35 и 1,25 В соответственно. Однако она стоит дороже и имеет ряд ограничений (как правило, ее частота не превышает 1600 МГц).

Также память DDR4 получила поддержку новых энергосберегающих технологий. Например, модуль DDR3 использует только одно напряжение Vddr, которое для выполнения некоторых операций повышается с помощью внутренних преобразователей. Тем самым генерируется лишнее тепло и уменьшается общая эффективность подсистемы памяти. Для планки стандарта DDR4 спецификация предусматривает возможность получения этого напряжения (Vpp, равное 2,5 В) от внешнего преобразователя питания.

Память DDR4 также получила усовершенствованный интерфейс ввода/вывода данных под названием «Pseudo-Open Drain» (POD). От используемого ранее Series-Stub Terminated Logic (SSTL) он отличается отсутствием утечки тока на уровне драйверов ячеек памяти.

В целом же использование всего комплекса энергоэффективных технологий должно привести к 30%-ому выигрышу в энергопотреблении. Возможно, в рамках настольного ПК это покажется несущественной экономией, но если речь идет о портативных устройствах (ноутбуки, нетбуки), то 30% - не такое уж и маленькое значение.

Модернизированная структура

В максимальной конфигурации чип DDR3 содержит 8 банков памяти, тогда как для DDR4 доступно уже 16 банков. При этом длина строки в структуре чипа DDR3 составляет 2048 байт, а в DDR4 - 512 байт. В результате новый тип памяти позволяет быстрее переключаться между банками и открывать произвольные строки.

Микроархитектура DDR4 предполагает использование 8-гигабитных чипов, в то время как модули стандарта DDR3, как правило, создаются на основе микросхем емкостью 4 Гбит. То есть при одинаковом количестве чипов мы получим в два раза больший объем. На сегодняшний день наиболее распространенными являются 4-гигабайтные модули (к слову, это минимальная емкость для планки памяти стандарта DDR4). Но в ряде зарубежных стран предлагаются уже и более емкие модули: на 8 и даже на 16 ГБ. Заметьте, что при этом мы говорим о массовом сегменте рынка.

Для решения же узкоспециализированных задач без проблем можно создавать модули еще большего объема. Для этих целей предусмотрены 16-гигабитные чипы и специальная технология для их компоновки в корпусе DRAM (Through-silicon Via). Например, компании Samsung и SK Hynix уже представили планки емкостью 64 и 128 ГБ. Теоретически же максимальный объем одного модуля DDR4 может составлять 512 ГБ. Хотя вряд ли мы когда-нибудь увидим практическую реализацию таких решений, поскольку их стоимость будет чрезвычайно большой.

Несмотря на увеличение всех основных характеристик, размеры планок памяти DDR4 и DDR3 остались сопоставимыми: 133,35 х 31,25 мм против 133,35 х 30,35 мм соответственно. В физическом плане изменилось лишь расположение ключа и количество контактов (с 240 их число увеличилось до 288). Так что даже при всем желании модуль DDR4 никак не удастся установить в слот для памяти DDR3 и наоборот.

Новый интерфейс связи с контроллером памяти

Стандарт DDR 3

Стандарт DDR4

Новый стандарт памяти предусматривает использование и более прогрессивной шины связи модулей с контроллером памяти. В стандарте DDR3 применяется интерфейс Multi-Drop Bus с двумя каналами. При использовании сразу четырех слотов получается, что два модуля подключены к одному каналу, что не самым лучшим образом сказывается на производительности подсистемы памяти.

В стандарте DDR4 усовершенствовали этот интерфейс, применив более эффективную схему − один модуль на один канал. Новый тип шины получил название Point-to-Point Bus. Параллельный доступ к слотам однозначно лучше последовательного, поскольку в дальнейшем позволяет более эффективно наращивать быстродействие всей подсистемы. Может быть сейчас особого преимущества пользователи и не ощутят, однако в дальнейшем, когда возрастут объемы передаваемой информации, оно станет более показательным. Ведь именно по такой же схеме развивалась видеопамять GDDR и интерфейс PCI Express. Только использование параллельного доступа позволило в значительной степени увеличить их производительность.

Однако шина Point-to-Point Bus накладывает некие ограничения на количество используемых модулей. Так, двухканальный контроллер может обслуживать только два слота, а четырехканальный − четыре. При увеличении объемов планок стандарта DDR4 это не столь критично, но все же на первых порах может вызвать определенные неудобства.

Решается эта проблема довольно простым способом − путем установки специального коммутатора (Digital Switch) между контроллером и слотами памяти. По принципу своего действия он напоминает коммутатор линий PCI Express. В результате пользователю, как и прежде, будет доступно 4 или 8 слотов (в зависимости от уровня платформы), при этом будут использоваться все преимущества шины Point-to-Point Bus.

Новые механизмы обнаружения и коррекции ошибок

Так как работа на высоких скоростях с большими стеками данных увеличивает шанс возникновения ошибок, то разработчики стандарта DDR4 позаботились о реализации механизмов для их обнаружения и предупреждения. В частности, в новых модулях имеется поддержка функции коррекции промахов, связанных с контролем четности команд и адресов, а также проверка контрольных сумм перед записью данных в память. На стороне же самого контроллера появилась возможность тестирования соединений без использования инициализирующих последовательностей.

Сравнение производительности памяти DDR4 и DDR3 в равных условиях

Для проведения тестов мы использовали такую конфигурацию стенда:

Первоочередной целью данного эксперимента, конечно же, являлось сравнение возможностей комплектов памяти DDR4 и DDR3 на одинаковых частотах. Чтобы получить более объективную картину проверка была произведена в наиболее популярных режимах работы подсистемы памяти: 1600 МГц, 2133 МГц и 2400 МГц:

В бенчмарках, напрямую зависящих от частоты модулей памяти, оба комплекта продемонстрировали сопоставимые результаты, причем во всех режимах. В большинстве случаев разница составляла не больше 0,5%, так что здесь между DDR4 и DDR3 наблюдается паритет.

В тестах, где измеряется задержка при чтении процессором данных из памяти и скорость работы ПК в задачах, связанных с архивированием, перевес был на стороне модулей стандарта DDR3. В среднем разница составляла 4-5%. Такой разрыв объясняется тем, что для функционирования на одинаковой частоте памяти DDR3 требуются более низкие тайминги, чем DDR4.

Приложения, которые используются для моделирования объектов и выполнения сложных расчетов, лучше реагируют на повышение частоты памяти, чем на изменение набора задержек. Поэтому в данном случае работа на более низких таймингах для памяти DDR3 не принесла практически никаких дивидендов. По крайней мере, перевес на уровне 0,6 - 0,9% мы не склонны считать тем преимуществом, на которое стоит обращать серьезное внимание.

И вот мы подобрались к самому интересному - к играм. Они запускались на встроенном в процессор графическом ядре Intel HD Graphics 530, так как при наличии дискретной видеокарты подсистема оперативной памяти является далеко не самым решающим фактором.

Из представленных выше графиков напрашивается вывод, что при сборке ПК с интегрированным GPU лучше все же отдать предпочтение старому доброму формату DDR3. Независимо от выбранного режима (1600, 2133 или 2400 МГц), преимущество было на стороне модулей DDR3 (4 - 10% в зависимости от игры).

Подводя промежуточные итоги, можно с уверенностью сказать, что для сборки настольной конфигурации, где подсистема памяти функционирует в стандартных режимах, в покупке модулей DDR4 нет никакого смысла. Зачастую они показывают чуть меньшую производительность, чем их DDR3-аналоги, и стоят при этом дороже.

Но не будем забывать, что у нового формата в запасе имеется еще один козырь - возможность работы на повышенных частотах. Например, уже сегодня на рынке без проблем можно найти модули памяти DDR4, функционирующие в режиме DDR4-3000 МГц или DDR4-3200 МГц, тогда как комплекты DDR3, как правило, ограничиваются частотами 2400 и 2666 МГц. Так что теоретически в этом случае перевес уже должен быть на стороне нового типа памяти.

На данном этапе эксперимента были задействованы следующие комплекты памяти:

Серия проведенных тестов в полной мере подтвердила наше предположение. Конфигурация с памятью DDR4, работавшей в режиме DDR4-3200 МГц, оказалась быстрее той, где были установлены модули формата DDR3 с частотой 2400 МГц. Наибольший прирост производительности был зафиксирован в бенчмарке AIDA64: скорость всех основных процессов (чтение, запись и копирование данных) увеличилась примерно на 18 - 29%. Разница в остальных тестах оказалась не столь существенной (на уровне нескольких процентов), но все же она есть. Таким образом, если вы хотите выжать максимум из своей системы, а затраченные средства для достижения этой цели для вас не играют никакой роли, то покупка быстрых модулей стандарта DDR4 выглядит вполне оправданной затеей.

Правда, вышесказанное касается лишь программ. В играх же по-прежнему решающее значение имеет баланс между частотой и задержками. В этом плане память DDR3 смотрится лучше, даже если речь идет о ПК со встроенной графикой. Поэтому при сборке сугубо игровых систем любого уровня нет смысла переплачивать за память DDR4. Целесообразнее будет приобрести пару планок стандарта DDR3, а сэкономленные деньги доложить к покупке более быстрой видеокарты, процессора или SSD.

Последним пунктом в нашем тестировании являлись оверклокерские приложения. Производители модулей памяти DDR4 в своих рекламных буклетах очень часто вспоминают об энтузиастах разгона. Поэтому данный аспект мы просто не могли обойти стороной. Тестирование проводились в популярной оверклокерской дисциплине Super Pi 32M. В качестве соперников были выбраны следующие комплекты памяти:

Результаты тестирования памяти DDR3 (слева) и DDR4 (справа) на частоте 2400 МГц

Работая на одинаковой частоте (2400 МГц), модули памяти DDR3 и DDR4 продемонстрировали сопоставимые результаты.

Результаты тестирования памяти DDR4 на частоте 3200 МГц

Замена комплекта DDR4-2400 HyperX Fury HX424C15FBK2/16 на более быстрый DDR4-3200 KINGMAX Nano Gaming RAM GLOF63F-D8KAGA позволила сократить время прохождения теста примерно на 7 секунд - довольно большое значение по оверклокерским меркам. Так что в данной области преимущество памяти DDR4 не вызывает никакого сомнения. Похоже, что именно энтузиасты разгона комплектующих в первую очередь являются основной целевой аудиторией компаний, занимающихся выпуском производительных наборов памяти нового стандарта.

Выводы

С момента прошло больше года, но, увы, общая картина не поменялась: новый стандарт имеет массу интересных нововведений, но пока что они в полной мере не востребованы на практике. Большинству реальных приложений вполне хватает производительности, которую демонстрируют модули стандарта DDR3. Более того, работая на одинаковых частотах, у них даже есть небольшое преимущество за счет использования меньших задержек.

Хоть какая-то польза от планок DDR4 появляется лишь когда речь заходит о частотах свыше 3000 МГц. Ведь такие значения уже, как правило, недостижимы для комплектов стандарта DDR3 даже в разгоне. Правда, стоят ли те несколько лишних процентов производительности (в большинстве игр вообще прироста не будет) переплаты - еще очень большой вопрос.

Статья прочитана 203656 раз(а)

DDR4 SDRAM - последний стандарт памяти JEDEC. Он обеспечивает более высокий уровень производительности, с более низким потреблением энергии и большей надежностью, чем DDR3.

JEDEC начала работу над DDR4 еще в 2005 году, с окончательной спецификацией в сентябре 2012 года. Samsung выпустила первые прототипы модулей DDR4 в конце 2010 года, а первый образец 16GB DDR4-модуля в июле 2012 года. Первые, поддерживающие память DDR4 , были выпущены с чипсетом Intel X99, в августе 2014 года.

Модули DDR4 SDRAM используют интерфейс Pseudo Open Drain (POD) (ранее используемый в высокопроизводительной графической памяти DRAM) и работают на более низком напряжении 1,2 В (по сравнению с 1,5 В для DDR3). Это позволяет модулям DDR4 потреблять общей энергии на 40% меньше, чем предыдущим модулям . Таким образом экономится энергия и выделяется меньше тепла. А также, DDR4, для повышения надежности системы, поддерживает запись циклической проверки избыточности (CRC).

288-контактный модуль DDR4 SDRAM на 1 мм длиннее и на 1 мм выше 240-контактных модулей DDR3/DDR2. Это было достигнуто созданием отдельных штифтов шириной всего 0,85 мм. Что меньше, чем используемые на предыдущих модулях штифты в 1 мм. Примерно посередине между краем и центральной выемкой, модули DDR4 SDRAM не много изгибаются. Что, для облегчения установки, делает внешние контакты у центрального выреза, короче штифтов. Из-за использования разных размеров и сигналов, модули DDR4 физически и электрически несовместимы с предыдущими модулями памяти и конструкциями гнезд.

Модули DDR4 были доступны со скоростью 1600 МГц (эффективная) и выше. В данное время, со скоростями до 3,200 МГц (эффективными). Как и в случае с DDR, и DDR3, истинная тактовая частота составляет половину эффективной скорости, которая технически выражается в миллионах передач в секунду (MTps). Таблица ниже показывает официально утвержденные JEDEC типы DDR4 модулей и характеристики их пропускной способности.

JEDEC Standard DDR4 модули(260-контактный DIMM) Speeds and Transfer Rates

DDR = двойная скорость передачи данных
МГц = миллион циклов в секунду
MTps = миллионов переводов в секунду
Мбит/с = миллион байт в секунду
NS = наносекунд (миллиардных долей секунды)

Технически, топология DDR4 - не шина, как это использовалось в DDR3 и более ранних стандартах памяти. Вместо этого, DDR4 SDRAM использует соединение «точка-точка», где каждый канал в контроллере памяти подключается к одному модулю.

Как правило, вы можете найти модули DDR4 номиналом CL12 - CL16.

RDRAM

Rambus DRAM (RDRAM) - запатентованная технология памяти (не JEDEC), которая использовалась, в основном, в некоторых системах Pentium III и 4 на базе Intel с 2000 по 2002 год. Сегодня эти системы почти не используются.