Get best of the week

DDR5؟ نعم ، بالكاد قابلنا DDR4



في يناير 2020 ، في CES ، قدم SK Hynix ذاكرة DDR5 بأقصى سرعة. وفقًا للشائعات ، تختبر ميكرون والشركات المصنعة الأخرى أجهزة مماثلة. في حين أنهم لا يستطيعون اجتياز القنوات المعتادة ، نظرًا لعدم وجود لوحات رئيسية لهم حتى الآن ، فإن هذه ليست مشكلة. على حد علمنا ، من بين اللوحات الأم الأولى التي يمكن أن تستفيد من التكنولوجيا الجديدة ستكون Intel Xeon Sapphire Rapids. ومع ذلك ، يطرح السؤال: ما نوع هذه التكنولوجيا؟

أساسيات SDRAM


بشكل عام ، بالنسبة لنظام يتطلب ذاكرة وصول عشوائي (RAM) ، هناك خياران رئيسيان متنافسان: ذاكرة ثابتة وديناميكية. هناك تقنيات جديدة ، على سبيل المثال ، FeRAM و MRAM ، ولكن الاختيار الكلاسيكي بين الثابت والديناميكي. ذاكرة الوصول العشوائي الثابتة عبارة عن مجموعة من المفاتيح ، واحدة لكل بت. قم بالإعداد والنسيان. ثم قرأوها. ويمكنها العمل بسرعة كبيرة. تكمن المشكلة في أن ما لا يقل عن أربعة ترانزستورات ، وغالبًا ما ست ، تذهب إلى مثل هذا التبديل ، لذلك يمكن دفع عدد محدود منها في منطقة معينة. غالبًا ما يكون استهلاك الطاقة مرتفعًا جدًا ، على الرغم من أن الأجهزة الحديثة يمكن أن تقوم بعمل جيد لهذا.

لذلك ، في حين أن الذاكرة الثابتة شائعة لدى أجهزة الكمبيوتر ذات اللوحة الفردية والأجهزة الصغيرة ، فلن يتمكن الكمبيوتر الشخصي أو الخادم من استيعاب غيغابايت من الذاكرة الثابتة. تستخدم الذاكرة الديناميكية مكثف صغير لتخزين كل بت. لتوصيل مكثف بحافلة مشتركة ، لا تزال بحاجة إلى ترانزستور ، ولكن يمكنك حزمها بإحكام. لسوء الحظ ، هناك مشكلة كبيرة: تفريغ المكثفات بسرعة كبيرة. من الضروري تطوير طريقة لتحديث الذاكرة بشكل دوري ، وإلا فإنها ستنسى. على سبيل المثال ، يلزم تحديث وحدة DDR4 نموذجية كل 64 مللي ثانية.

تستخدم الأجهزة الحقيقية مكثفات الصفوف والأعمدة لزيادة المساحة والقدرة على تحديث سلسلة كاملة في كل مرة. وهذا يعني أنه يجب تحديث جهاز يحتوي على 4096 صفًا كل 15.6 مللي ثانية حتى يحتفظ كل صف ببياناته. لا يستغرق التحديث نفسه سوى بضع نانو ثانية.



يحتوي الصفيف النموذجي على حافلة للصفوف والأعمدة. يتصل المكثف بـ FET ، والذي يمكنه توصيله وفصله عن ناقل العمود. يتم توصيل صمام FET بناقل الخط. تحدد إشارة الخط خط FET بالكامل. يتميز ناقل العمود الطويل بالسعة والمقاومة الخاصة به ، لذلك يستغرق بعض الوقت للشحن المسبق للإشارة للاستقرار ، وبعد ذلك يقرأ معدد الإرسال قليلاً من العمود المطلوب. يتم التسجيل بترتيب عكسي. إذا كنت ترغب في ذلك ، يمكنك اللعب باستخدام محاكي الذاكرة في المتصفح.

هذه هي الطريقة التي تعمل بها الذاكرة الديناميكية ، أو DRAM. ماذا عن SDRAM؟ SDRAM هي ذاكرة ديناميكية ذات واجهة متزامنة مع وحدة تحكم في الذاكرة. تسمح لك وحدة التحكم بتجميع عدة أوامر في وقت واحد وتعالج منطق العمل بالكامل باستخدام الصفوف والأعمدة ، وتعرف أيضًا كيفية تحديث الذاكرة تلقائيًا. تعمل وحدة التحكم على تخزين كل من الأوامر والبيانات ، مما يزيد من الإنتاجية مقارنة بالعديد من التقنيات الأخرى.

قصة


بدأ تاريخ SDRAM في عام 1992 ، وبحلول عام 2000 ، حلت محل جميع أنواع DRAM الأخرى تقريبًا من السوق. قامت مجموعة صناعة JEDEC بتوحيد واجهة SDRAM في عام 1993 ، لذلك لا توجد عادة مشاكل في استخدام الذاكرة من جهات تصنيع مختلفة.

يمكن لـ SDRAM العادي تلقي أمر واحد وإرسال كلمة بيانات واحدة لكل دورة. بمرور الوقت ، حددت JEDEC معيار معدل البيانات المزدوج ، أو DDR. لا يزال يأخذ أمرًا واحدًا لكل دورة ، لكنه يكتب أو يقرأ كلمتين في إيقاع واحد. إنه يعرف كيف يفعل ذلك ، وينقل كلمة واحدة على الحافة الصاعدة لإشارة الساعة ، والأخرى على الحافة المتساقطة. من الناحية العملية ، هذا يعني أنه في الداخل ، في أمر واحد ، يقرأ كلمتين ، مما يسمح للمؤقت الداخلي بالعمل بشكل أبطأ من I / O. لذلك إذا كان تردد ساعة I / O 200 ميجاهرتز ، فيمكن للمؤقت الداخلي أن يعمل عند 100 ميجاهرتز ، وأثناء إرسال البيانات ، فإنه سيظل يرسل كلمتين لكل ساعة I / O.



كل هذا عمل بشكل جيد لدرجة أنهم في النهاية اخترعوا معيار DDR2 ، وأعادوا تنظيم الذاكرة بحيث عملت بداخلها بأربع كلمات ، ثم أرسلوا أو تلقوا أربع كلمات في وقت واحد. بالطبع ، لم يتغير تردد الساعة ، لذلك زاد التأخير. ضاعفت ذاكرة DDR3 حجم بياناتها الداخلية مرة أخرى ، وزادت من وقت الاستجابة وفقًا لذلك.

اتخذ DDR4 مسارًا مختلفًا. لم يضاعف ناقل الذاكرة الداخلية ، لكنه قام بالوصول المتقطع إلى بنوك الذاكرة الداخلية لزيادة الإنتاجية. يسمح لك خفض الجهد أيضًا بزيادة تردد الساعة. ظهر DDR4 في عام 2012 ، على الرغم من أنه اكتسب كتلة حرجة فقط في عام 2015.

هل لديك شعور بتزايد عرض النطاق الترددي للذاكرة؟ عمليا. تزامنت الزيادة في الإنتاجية تقريبًا مع زيادة عدد النوى في المعالجات. لذلك ، على الرغم من أن صافي الإنتاجية كان ينمو ، إلا أن الإنتاجية لكل قلب واحد على آلة نموذجية لم تتغير لبعض الوقت. في الواقع ، بالنظر إلى الزيادة السريعة في عدد النوى على وحدة المعالجة المركزية النموذجية ، ينخفض ​​متوسط ​​قيمتها. لذا حان الوقت لمعيار جديد.

DDR5


والآن لدينا DDR5 ، تم تعريفه في عام 2017. استنادًا إلى التقارير ، فإن معدل نقل DDR5-3200 SDRAM سيكون 1.36 أكثر من DDR4-3200 ، وربما أكثر. نسمع أيضًا أن حجم الجلب المسبق سيتضاعف مرة أخرى ، اختياريًا على الأقل.

نوعالإنتاجيةالجهد االكهربىالجلب المسبقعام
حقوق السحب الخاصة1.6 جيجابايت / ثانية3.311993
نزع السلاح والتسريح وإعادة الإدماج3.2 جيجا بايت / ثانية2.522000
DDR28.5 جيجا بايت / ثانية1.842003
DDR38.5 جيجا بايت / ثانية1.882007
DDR425.6 جيجابايت / ثانية1.282017
DDR532 جيجابايت / ثانية1.18/162019


كما يتبين من الجدول ، على مدار 26 عامًا ، ازداد معدل الإنتاجية مقارنة بذاكرة SDR الأصلية 20 مرة. ليس سيئا. يبدو الجلب المسبق لـ 16 كلمة مثيرًا للاهتمام بشكل خاص لأنه سيسمح للرقاقة بتعبئة ذاكرة التخزين المؤقت النموذجية للكمبيوتر الشخصي في كل مرة.

هناك فوائد أخرى. على سبيل المثال ، إذا حاولت ربط SDRAM بدائرتك الخاصة أو FPGA ، فستحب وضع الاسترجاع. إذا كنت حقًا تحب كميات كبيرة من الذاكرة ، فستكون سعة الذاكرة القصوى الآن 64 جيجابايت.

بالمناسبة ، هناك أيضًا مواصفات LP-DDR5 لخيار الذاكرة منخفضة الطاقة للأجهزة مثل الهواتف الذكية. تم إصدار هذه المواصفات في العام الماضي ، وحتى الآن لا نرى سباقًا كبيرًا في إنتاج هذه المنتجات. يتيح لك LP-DDR4 الاختيار من بين خيارين للتردد حتى تتمكن من التضحية بالسرعة من أجل استهلاك الطاقة. يحتوي LP-DDR5 على ثلاثة خيارات ضبط مختلفة. وهناك أيضًا معايير GDDR - بالفعل قبل GDDR6 - لمعالجة الرسومات والتطبيقات الأخرى عالية السرعة. على المدى الطويل ، سيتمكن LP-DDR5 من العمل مع عرض نطاق ترددي يبلغ 6.4 جيجابت / ثانية لكل وحدة إدخال / إخراج ، ويمكن لـ GGDR6 أن يتباهى بمئات غيغابايت / ثانية بناءً على عرض الكلمة.

وماذا الان؟


لن تشعر بأي فرق كبير بين DDR4 و DDR5 ما لم يكن لديك خادم محمل أو أي شيء آخر يقوم بتحميل جميع نوى وحدة المعالجة المركزية الخاصة بك بالكامل. ولكن ، مرة أخرى ، من لا يعجبه نتائج جيدة في اختبارات السرعة؟

بالإضافة إلى ذلك ، من منظور محطة عمل نموذجية ، فإن التركيز الرئيسي هو أن يكون لديك ذاكرة وصول عشوائي كافية لعدم الوصول إلى القرص كثيرًا. خاصة إذا كان لديك قرص مع لوحات دوارة ، تشتهر بسرعتها المنخفضة. إن وقت كتابة وقراءة ذاكرة الوصول العشوائي ليس عاملاً مهمًا في العمل الحقيقي. مع SSDs ، فإن الوضع ليس سيئًا كما كان من قبل ، ولكن عرض النطاق الترددي لمحرك أقراص SSD نموذجي أعلى قليلاً من DDR3 ، على الرغم من أن محركات الأقراص الأسرع تلوح في الأفق. لذلك ، ما لم تكن مشغولاً بحمل ثقيل للغاية من نوى متعددة ، فمن الأفضل أن يكون لديك 32 جيجا بايت من DDR3 من 4 جيجا بايت من DDR5 ، لأن المزيد من الذاكرة سيوفر لك الوقت في عمليات أبطأ.

More articles:


All Articles