DDR SDRAM

Double Data Rate Synchronous Dynamic Random-Access Memory , официально сокращенно DDR SDRAM , является двойной скоростью передачи данных (DDR) синхронной динамической памяти с произвольным доступом (SDRAM) класс памяти интегральных схем , используемых в компьютерах . DDR SDRAM, также задним числом называемая DDR1 SDRAM, была заменена DDR2 SDRAM , DDR3 SDRAM , DDR4 SDRAM и DDR5 SDRAM . Ни один из его преемников не имеет прямой или обратной совместимости с DDR1 SDRAM, что означает, что модули памяти DDR2, DDR3, DDR4 и DDR5 не будут работать с DDR1-оборудованными.материнские платы , и наоборот.

По сравнению с SDRAM с одинарной скоростью передачи данных ( SDR ) интерфейс DDR SDRAM обеспечивает более высокие скорости передачи за счет более строгого контроля синхронизации электрических данных и сигналов синхронизации. Реализации часто должны использовать такие схемы, как петли фазовой автоподстройки частоты и самокалибровка, чтобы достичь требуемой точности синхронизации. ^{[4] [5]} В интерфейсе используется двойная накачка (передача данных как по переднему, так и по заднему фронту тактового сигнала ) для удвоения полосы пропускания шины данных без соответствующего увеличения тактовой частоты. Одним из преимуществ снижения тактовой частоты является то, что это снижает целостность сигнала.Требования к плате, соединяющей память с контроллером. Название «двойная скорость передачи данных» относится к тому факту, что DDR SDRAM с определенной тактовой частотой обеспечивает почти вдвое большую пропускную способность, чем SDR SDRAM, работающая на той же тактовой частоте, из-за этой двойной накачки.

При передаче данных 64 бита за раз, DDR SDRAM обеспечивает скорость передачи (в байтах / с) (тактовая частота шины памяти) × 2 (для двойной скорости) × 64 (количество переданных битов) / 8 (количество битов). /байт). Таким образом, при частоте шины 100 МГц DDR SDRAM дает максимальную скорость передачи 1600  МБ / с .

История [ править ]

В конце 1980-х годов IBM создала DRAM с использованием функции синхронизации с двумя фронтами и представила свои результаты в Международной конвенции по твердотельным схемам в 1990 году. ^{[6] [7]}

Samsung продемонстрировала первый прототип памяти DDR в 1997 г. ^[1] и выпустила первый коммерческий чип DDR SDRAM (64 Мб ) в июне 1998 г. ^{[8] [2] [3],} а вскоре после этого Hyundai Electronics (ныне SK Hynix ) тот же год. ^[9] Разработка DDR началась в 1996 г., до того, как ее спецификация была завершена JEDEC в июне 2000 г. (JESD79). ^[10] JEDEC установил стандарты скорости передачи данных для DDR SDRAM, разделенной на две части. Первая спецификация предназначена для микросхем памяти, а вторая - для модулей памяти. Первая материнская плата для ПК, использующая DDR SDRAM, была выпущена в августе 2000 года. ^[11] 

Спецификация [ править ]

Модули [ править ]

Для увеличения объема памяти и увеличения пропускной способности микросхемы объединены в один модуль. Например, 64-битная шина данных для DIMM требует восьми 8-битных чипов, адресованных параллельно. Несколько микросхем с общими адресными строками называются рангом памяти . Этот термин был введен, чтобы избежать путаницы с внутренними рядами и банками микросхем . Модуль памяти может иметь более одного ранга. Термин « стороны» также может ввести в заблуждение, поскольку он неверно предполагает физическое размещение микросхем на модуле. Все ранги подключены к одной шине памяти (адрес + данные). Сигнал выбора чипа используется для выдачи команд определенному рангу.

Добавление модулей к единой шине памяти создает дополнительную электрическую нагрузку на ее драйверы. Чтобы смягчить результирующее падение скорости передачи сигналов по шине и преодолеть узкое место в памяти , в новых наборах микросхем используется многоканальная архитектура.

Примечание. Все вышеперечисленное обозначено JEDEC как JESD79F. ^[13] Все скорости передачи данных RAM между этими перечисленными спецификациями или выше не стандартизированы JEDEC - часто они просто оптимизируются производителем с использованием более жестких допусков или микросхем с повышенным напряжением. Размеры пакетов, в которых производится DDR SDRAM, также стандартизированы JEDEC.

Архитектурных различий между модулями DDR SDRAM нет. Модули вместо этого предназначены для работы на разных тактовых частотах: например, модуль PC-1600 разработан для работы на частоте 100 МГц , а PC-2100 разработан для работы на частоте 133 МГц . Тактовая частота модуля обозначает скорость передачи данных, с которой он гарантированно работает, следовательно, он гарантированно будет работать на более низких ( разгон ) и, возможно, может работать на более высоких ( разгонных ) тактовых частотах, чем те, для которых он был создан. ^[14]

Модули DDR SDRAM для настольных компьютеров, двухрядные модули памяти (DIMM) имеют 184 контакта (в отличие от 168 контактов в SDRAM или 240 контактов в DDR2 SDRAM), и их можно отличить от модулей DIMM SDRAM по количеству выемок ( У DDR SDRAM один, у SDRAM два). DDR SDRAM для портативных компьютеров, SO-DIMM , имеет 200 контактов, что равно количеству контактов, что и в SO-DIMM DDR2. Эти две характеристики имеют одинаковые выемки, и при установке необходимо соблюдать осторожность, если вы не уверены в правильном совпадении. Большая часть DDR SDRAM работает при напряжении 2,5 В по сравнению с 3,3 В для SDRAM. Это может значительно снизить энергопотребление. Чипы и модули стандарта DDR-400 / PC-3200 имеют номинальное напряжение 2,6 В.

Стандарт JEDEC № 21 – C определяет три возможных рабочих напряжения для 184-контактного DDR, что определяется положением ключевой выемки относительно ее центральной линии. Страница 4.5.10-7 определяет 2,5 В (слева), 1,8 В (в центре), подлежит уточнению (справа), а на странице 4.20.5–40 указывается 3,3 В для положения правой выемки. Ориентация модуля для определения положения ключевого паза - 52 положения контакта слева и 40 положений контакта справа.

Незначительное увеличение рабочего напряжения может увеличить максимальную скорость за счет более высокого рассеяния мощности и нагрева, а также с риском выхода из строя или повреждения.

Емкость

Количество устройств DRAM

Количество микросхем кратно 8 для модулей без ECC и кратно 9 для модулей ECC. Чипы могут занимать одну сторону ( односторонняя ) или обе стороны ( двусторонняя ) модуля. Максимальное количество микросхем на модуль DDR составляет 36 (9 × 4) для ECC и 32 (8x4) для не-ECC.

ECC против не-ECC

Модули с кодом исправления ошибок помечаются как ECC . Модули без кода исправления ошибок помечаются как не ECC .

Сроки

Задержка CAS (CL), время тактового цикла (t _CK ), время цикла строки (t _RC ), время цикла обновления строки (t _RFC ), время активности строки (t _RAS ).

Буферизация

Зарегистрированные (или буферизованные) vs небуферизованные .

Упаковка

Обычно DIMM или SO-DIMM .

Потребляемая мощность

Тест с DDR и DDR2 RAM в 2005 году показал, что среднее энергопотребление оказалось порядка 1-3 Вт на модуль 512 МБ; он увеличивается с увеличением тактовой частоты и при использовании, а не в режиме ожидания. ^[15] Производитель выпустил калькуляторы для оценки мощности, используемой различными типами оперативной памяти. ^[16]

Характеристики модуля и микросхемы неразрывно связаны.

Общая емкость модуля - это произведение емкости одной микросхемы и количества микросхем. Модули ECC умножают его на 8/9, потому что они используют 1 бит на байт (8 бит) для исправления ошибок. Таким образом, модуль любого размера может быть собран либо из 32 маленьких микросхем (36 для памяти ECC), либо из 16 (18) или 8 (9) больших.

Ширина шины памяти DDR на канал составляет 64 бита (72 для памяти с ECC). Полная разрядность модуля - это произведение количества бит на чип и количества чипов. Он также равен количеству рангов (строк), умноженному на ширину шины памяти DDR. Следовательно, модуль с большим количеством микросхем или использующий × 8 микросхем вместо × 4 будет иметь больше рангов.

В этом примере сравниваются различные модули памяти реального сервера с общим размером 1 ГБ. При покупке модулей памяти на 1 ГБ определенно следует быть осторожными, потому что все эти варианты могут продаваться по одной цене, без указания, являются ли они × 4 или × 8, одно- или двухранговыми.

Принято считать, что количество рангов модуля равно количеству сторон. Как показывают приведенные выше данные, это не так. Также можно найти 2-сторонние / 1-ранговые модули. Можно даже представить себе односторонний / 2-ранговый модуль памяти, имеющий 16 (18) микросхем на одной стороне по 8 штук каждая, но маловероятно, что такой модуль когда-либо производился.

Характеристики микросхемы [ править ]

Плотность DRAM

Размер микросхемы измеряется в мегабитах . Большинство материнских плат распознают только модули 1 ГБ, если они содержат чипы 64M × 8 (низкая плотность). Если используются модули 128M × 4 (высокая плотность) 1 ГБ, они, скорее всего, не будут работать. Стандарт JEDEC допускает 128M × 4 только для зарегистрированных модулей, разработанных специально для серверов, но некоторые универсальные производители не соблюдают его. ^{[17] [ требуется проверка ]}

Организация

Обозначение типа 64M × 4 означает, что матрица памяти имеет 64 миллиона (произведение банков x строк x столбцов ) 4-битных ячеек памяти. Имеются микросхемы DDR × 4, × 8 и × 16 . В × 4 микросхемы позволяют использовать передовые коррекции ошибок функции , такие как ChipKill , память орошающей и Intel SDDC в серверных средах, в то время как × 8 и × 16 чипов несколько дешевле. Чипы x8 в основном используются в настольных компьютерах / ноутбуках, но выходят на рынок серверов. Обычно имеется 4 банка, и в каждом из них может быть активна только одна строка.

Спецификация SDRAM с двойной скоростью передачи данных (DDR) [ править ]

Из бюллетеня для голосования JCB-99-70 и измененного множеством других бюллетеней Правления, сформулированных в рамках полномочий Комитета JC-42.3 по параметрам DRAM.

Протокол изменений стандарта № 79:

• Выпуск 1, июнь 2000 г.
• Выпуск 2, май 2002 г.
• Версия C, март 2003 г. - Стандарт JEDEC № 79C. ^[18]

«Этот всеобъемлющий стандарт определяет все необходимые аспекты DDR SDRAM от 64 Мбайт до 1 Гбайт с интерфейсами данных X4 / X8 / X16, включая функции, функциональность, параметры переменного и постоянного тока, пакеты и назначение контактов. Этот объем впоследствии будет расширен, чтобы формально применяться к устройствам x32. , а также устройства с более высокой плотностью ".

Организация [ править ]

PC3200 - это DDR SDRAM, предназначенная для работы на частоте 200 МГц с использованием микросхем DDR-400 с пропускной способностью 3200 МБ / с. Поскольку память PC3200 передает данные как по нарастающим, так и по спадающим фронтам тактовой частоты, ее эффективная тактовая частота составляет 400 МГц.

Модули PC3200 объемом 1 ГБ без ECC обычно состоят из 16 микросхем на 512 Мбит, по 8 с каждой стороны (512 Мбит × 16 микросхем) / (8 бит (на байт)) = 1024 МБ. Отдельные микросхемы, составляющие модуль памяти 1 ГБ, обычно организованы как 2 ²⁶ 8-битных слов, обычно выражаемых как 64M × 8. Память, изготовленная таким образом, представляет собой ОЗУ низкой плотности и обычно совместима с любой материнской платой, использующей память PC3200 DDR-400. ^{[19] [ необходима ссылка ]}

Поколения [ править ]

DDR (DDR1) была заменена DDR2 SDRAM , которая была модифицирована для более высокой тактовой частоты и снова удвоила пропускную способность, но работает по тому же принципу, что и DDR. С DDR2 конкурировал Rambus XDR DRAM . DDR2 преобладала из-за стоимости и факторов поддержки. DDR2, в свою очередь, была заменена DDR3 SDRAM , которая предлагала более высокую производительность для увеличения скорости шины и новых функций. На смену DDR3 пришла DDR4 SDRAM , которая впервые была произведена в 2011 году и стандарты которой все еще находились в процессе изменения (2012 год) со значительными архитектурными изменениями.

Глубина буфера предварительной выборки DDR составляет 2 (бит), тогда как DDR2 использует 4. Хотя эффективные тактовые частоты DDR2 выше, чем DDR, общая производительность не была выше в ранних реализациях, в первую очередь из-за высоких задержек первых модулей DDR2. DDR2 начала действовать к концу 2004 года, когда стали доступны модули с более низкой задержкой. ^[20]

Производители памяти заявили, что из-за внутренних ограничений скорости нецелесообразно массовое производство памяти DDR1 с эффективной скоростью передачи, превышающей 400 МГц (т. Е. 400 МТ / с и внешняя частота 200 МГц). DDR2 начинается там, где заканчивается DDR1, используя внутренние тактовые частоты, аналогичные DDR1, но доступна с эффективными скоростями передачи 400 МГц и выше. Достижения DDR3 расширили возможность сохранения внутренней тактовой частоты, одновременно обеспечивая более высокую эффективную скорость передачи за счет повторного удвоения глубины предварительной выборки.

DDR4 SDRAM - это высокоскоростная динамическая память с произвольным доступом, внутренне сконфигурированная как 16 банков, 4 группы банков по 4 банка для каждой группы банков для x4 / x8 и 8 банков, 2 группы банков с 4 банками для каждой группы банков для x16 DRAM . DDR4 SDRAM использует архитектуру предварительной выборки 8 n для достижения высокоскоростной работы. Архитектура предварительной выборки 8 n объединена с интерфейсом, предназначенным для передачи двух слов данных за такт на выводах ввода-вывода. Одна операция чтения или записи для DDR4 SDRAM состоит из одной передачи данных размером 8 n бит за 4 такта во внутреннем ядре DRAM и 8 соответствующих передач данных за половину тактового цикла шириной n бит на входе / выходе. булавки. ^[21]

RDRAM была особенно дорогой альтернативой DDR SDRAM, и большинство производителей отказались от ее поддержки в своих наборах микросхем. Цены на память DDR1 существенно выросли со второго квартала 2008 года, тогда как цены на DDR2 снизились. В январе 2009 года 1 ГБ DDR1 был в 2–3 раза дороже, чем 1 ГБ DDR2. ^{[ необходима цитата ]}

Мобильная DDR [ править ]

MDDR - это аббревиатура, которую некоторые предприятия используют для Mobile DDR SDRAM, типа памяти, используемой в некоторых портативных электронных устройствах, таких как мобильные телефоны , карманные компьютеры и цифровые аудиоплееры . Благодаря таким методам, как пониженное напряжение питания и расширенные возможности обновления, Mobile DDR может достичь большей энергоэффективности.

См. Также [ править ]

• DIMM с полной буферизацией
• Память ECC , тип хранения компьютерных данных
• Список пропускной способности устройства
• Обнаружение последовательного присутствия

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

• Официальный сайт JEDEC