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DDR5? Sí, apenas conocimos a DDR4



En enero de 2020, en CES, SK Hynix introdujo la memoria DDR5 a la máxima velocidad. Según los rumores, Micron y otros fabricantes están probando dispositivos similares. Si bien no pueden pasar por los canales habituales, sin embargo, dado que todavía no hay placas base para ellos, esto no es un problema. Hasta donde sabemos, una de las primeras placas base que pueden aprovechar la nueva tecnología será Xeon Sapphire Rapids de Intel. Sin embargo, surge la pregunta: ¿qué tipo de tecnología es esta?

Conceptos básicos de SDRAM


En general, para un sistema que requiere RAM, hay dos opciones principales de la competencia: memoria estática y dinámica. Existen nuevas tecnologías, por ejemplo, FeRAM y MRAM, pero la elección clásica es entre estática y dinámica. La RAM estática es un montón de interruptores, uno por bit. Configurar y olvidar. Y luego lo leen. Y ella puede trabajar muy rápido. El problema es que, por lo general, al menos cuatro transistores, y a menudo seis, van a un interruptor de este tipo, por lo que un número limitado de ellos puede introducirse en un área determinada. El consumo de energía suele ser demasiado alto, aunque los dispositivos modernos pueden hacer un buen trabajo al respecto.

Entonces, si bien la memoria estática es popular entre las computadoras de una sola placa y los dispositivos pequeños, una PC o servidor no podrá acomodar gigabytes de memoria estática. La memoria dinámica utiliza un pequeño condensador para almacenar cada bit. Para conectar un condensador a un bus común, aún necesita un transistor, pero puede empacarlos bien. Desafortunadamente, hay un gran problema: los condensadores se descargan bastante rápido. Es necesario desarrollar alguna forma de actualizar periódicamente la memoria, o se olvidará. Por ejemplo, un módulo DDR4 típico debe actualizarse cada 64 ms.

Los dispositivos reales usan condensadores de fila y columna para maximizar el espacio y la capacidad de actualizar una serie completa a la vez. Esto significa que un dispositivo de 4096 filas debe actualizarse cada 15,6 ms para que cada fila conserve sus datos. La actualización en sí solo toma unos pocos nanosegundos.



Una matriz típica tiene un bus para filas y columnas. El condensador se conecta al FET, que puede conectarlo y desconectarlo del bus de columna. La válvula FET está conectada al bus de línea. La señal de línea selecciona toda la línea FET. El bus de columna largo tiene su propia capacitancia y resistencia, por lo que lleva un tiempo precargar la señal para estabilizarse, después de lo cual el multiplexor lee un poco de la columna deseada. La grabación se realiza en orden inverso. Si lo desea, puede jugar con el simulador de memoria en el navegador.

Así es como funciona la memoria dinámica, o DRAM. ¿Qué hay de SDRAM? SDRAM es una memoria dinámica con una interfaz síncrona con un controlador de memoria. El controlador le permite recopilar varios comandos a la vez y procesa toda la lógica de trabajar con filas y columnas, e incluso sabe cómo actualizar automáticamente la memoria. El controlador almacena tanto comandos como datos, lo que aumenta el rendimiento en comparación con muchas otras tecnologías.

Historia


La historia de SDRAM comenzó en 1992, y para el año 2000, había reemplazado casi todas las demás variedades de DRAM del mercado. El grupo industrial JEDEC estandarizó la interfaz para SDRAM en 1993, por lo que generalmente no hay problemas al usar la memoria de diferentes fabricantes.

La SDRAM normal puede recibir un comando y transmitir una palabra de datos por ciclo. Con el tiempo, JEDEC definió el estándar para la velocidad de datos doble o DDR. Todavía toma una orden por ciclo, pero escribe o lee dos palabras de una sola vez. Él sabe cómo hacer esto, transmitiendo una palabra en el borde ascendente de la señal del reloj y la otra en el borde descendente. En la práctica, esto significa que en el interior, con un comando, lee dos palabras, lo que permite que el temporizador interno funcione más lentamente que las E / S. Entonces, si la frecuencia del reloj de E / S es de 200 MHz, entonces el temporizador interno puede funcionar a 100 MHz y, mientras transmite datos, aún transmitirá dos palabras por reloj de E / S.



Todo esto funcionó tan bien que al final inventaron el estándar DDR2, reorganizando la memoria para que en su interior funcionara con cuatro palabras y luego enviaran o recibieran cuatro palabras a la vez. Por supuesto, la frecuencia del reloj no cambió, por lo que el retraso aumentó. DDR3 nuevamente duplicó su tamaño de datos internos, aumentando la latencia en consecuencia.

DDR4 tomó un camino diferente. No duplicó el bus de memoria interna, sino que hizo un acceso intermitente a los bancos de memoria interna para aumentar el rendimiento. Reducir el voltaje también le permite aumentar la frecuencia del reloj. DDR4 apareció en 2012, aunque ganó masa crítica solo en 2015.

¿Tiene una sensación de aumento de ancho de banda de memoria? Pues prácticamente. El aumento en el rendimiento coincidió aproximadamente con el aumento en el número de núcleos en los procesadores. Entonces, aunque el rendimiento neto estaba creciendo, el rendimiento por núcleo en una máquina típica no ha cambiado desde hace bastante tiempo. De hecho, dado el rápido aumento en el número de núcleos en una CPU típica, su valor promedio disminuye. Entonces es hora de un nuevo estándar.

DDR5


Y ahora tenemos DDR5, definido en 2017. A juzgar por los informes, el rendimiento de la DDR5-3200 SDRAM será 1.36 más que la DDR4-3200, y tal vez incluso más. También escuchamos que el tamaño de captación previa se duplicará nuevamente, al menos opcionalmente.

Un tipoRendimientovoltajeCaptación previaAño
DEG1,6 GB / s3,311993
DDR3,2 GB / s2.522000
DDR28,5 GB / s1.84 42003
DDR38,5 GB / s1.882007
DDR425,6 GB / s1,282017
DDR532 GB / s1.18/162019


Como se puede ver en la tabla, a lo largo de 26 años, el rendimiento en comparación con la memoria SDR original ha crecido 20 veces. No está mal. La captación previa de 16 palabras parece especialmente interesante, ya que permitirá que el chip llene un caché de PC típico a la vez.

Hay otros beneficios. Por ejemplo, si alguna vez ha intentado conectar SDRAM a su propio circuito o FPGA, le gustará el modo loopback. Si realmente le gustan las grandes cantidades de memoria, la capacidad máxima de memoria ahora será de 64 GB.

Por cierto, también existe la especificación LP-DDR5 para la opción de memoria de baja potencia para dispositivos como teléfonos inteligentes. Esta especificación se lanzó el año pasado, y hasta ahora no vemos una gran carrera en la producción de dichos productos. LP-DDR4 le permite elegir entre dos opciones de frecuencia para que pueda sacrificar la velocidad por el consumo de energía. LP-DDR5 tiene tres opciones de ajuste diferentes. Y también hay estándares GDDR, ya anteriores al GDDR6, para procesar gráficos y otras aplicaciones de alta velocidad. A largo plazo, LP-DDR5 podrá trabajar con un ancho de banda de 6.4 Gb / s por bit I / O, y GGDR6 puede presumir de cientos de GB / s dependiendo del ancho de la palabra.

¿Y ahora qué?


A menos que tenga un servidor ocupado u otra cosa que cargue completamente todos los núcleos de su CPU, no sentirá una gran diferencia entre DDR4 y DDR5. Pero, de nuevo, ¿a quién no le gustan los buenos resultados en las pruebas de velocidad?

Además, desde la perspectiva de una estación de trabajo típica, el enfoque principal es tener suficiente RAM para no acceder al disco con demasiada frecuencia. Especialmente si tiene un disco con placas giratorias, conocido por su baja velocidad. El tiempo para escribir y leer RAM no es un factor tan significativo en el trabajo real. Con los SSD, la situación no es tan mala como antes, pero el ancho de banda de un SSD típico es solo un poco más alto que el de DDR3, aunque las unidades más rápidas se avecinan en el horizonte. Entonces, a menos que esté ocupado con una carga muy pesada de múltiples núcleos, será mejor que tenga 32 GB de DDR3 que 4 GB de DDR5, ya que más memoria le ahorrará tiempo en operaciones más lentas.

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