Get best of the week

DDR5? Sim, mal conhecemos o DDR4



Em janeiro de 2020, na CES, a SK Hynix introduziu a memória DDR5 na velocidade máxima. Segundo rumores, a Micron e outros fabricantes estão testando dispositivos semelhantes. Embora eles não possam acessar os canais usuais, no entanto, como ainda não há placas-mãe para eles, isso não é um problema. Até onde sabemos, entre as primeiras placas-mãe que podem tirar proveito da nova tecnologia, estarão o Xeon Sapphire Rapids, da Intel. No entanto, surge a pergunta: que tipo de tecnologia é essa?

Noções básicas da SDRAM


Em geral, para um sistema que requer RAM, existem duas opções concorrentes principais: memória estática e dinâmica. Existem novas tecnologias, por exemplo, FeRAM e MRAM, mas a escolha clássica é entre estática e dinâmica. RAM estática é um monte de switches, um por bit. Configure e esqueça. E então eles leram. E ela pode trabalhar muito rapidamente. O problema é que, geralmente, pelo menos quatro transistores, e freqüentemente seis, vão para esse comutador, de modo que um número limitado deles pode ser empurrado para uma determinada área. O consumo de energia geralmente é muito alto, embora os dispositivos modernos possam fazer um bom trabalho nisso.

Portanto, embora a memória estática seja popular entre computadores de placa única e dispositivos pequenos, um PC ou servidor não poderá acomodar gigabytes de memória estática. A memória dinâmica usa um pequeno capacitor para armazenar cada bit. Para conectar um capacitor a um barramento comum, você ainda precisa de um transistor, mas pode empacotá-lo firmemente. Infelizmente, há um grande problema: os capacitores descarregam rapidamente. É necessário desenvolver alguma maneira de atualizar periodicamente a memória, ou ela esquecerá. Por exemplo, um módulo DDR4 típico precisa ser atualizado a cada 64 ms.

Dispositivos reais usam capacitores de linha e coluna para maximizar o espaço e a capacidade de atualizar uma série inteira de cada vez. Isso significa que um dispositivo de 4096 linhas precisa ser atualizado a cada 15,6 ms para que cada linha retenha seus dados. A atualização em si leva apenas alguns nanossegundos.



Uma matriz típica possui um barramento para linhas e colunas. O capacitor se conecta ao FET, que pode conectá-lo e desconectá-lo do barramento da coluna. A válvula FET está conectada ao barramento de linha. O sinal da linha seleciona toda a linha FET. O barramento de coluna longa possui sua própria capacitância e resistência; portanto, leva algum tempo para pré-carregar o sinal para estabilizar, após o que o multiplexador lê um pouco da coluna desejada. A gravação ocorre na ordem inversa. Se desejar, você pode brincar com o simulador de memória no navegador.

É assim que a memória dinâmica, ou DRAM, funciona. E a SDRAM? SDRAM é uma memória dinâmica com uma interface síncrona com um controlador de memória. O controlador permite que você colete vários comandos ao mesmo tempo e processa toda a lógica de trabalhar com linhas e colunas e até sabe como atualizar automaticamente a memória. O controlador armazena em buffer comandos e dados, o que aumenta a taxa de transferência em comparação com muitas outras tecnologias.

História


A história da SDRAM começou em 1992 e, em 2000, havia substituído quase todas as outras variedades de DRAM do mercado. O grupo da indústria JEDEC padronizou a interface para SDRAM em 1993, portanto, geralmente não há problemas ao usar memória de diferentes fabricantes.

A SDRAM normal pode receber um comando e transmitir uma palavra de dados por ciclo. Com o tempo, o JEDEC definiu o padrão para taxa de dados dupla, ou DDR. Ele ainda toma um comando por ciclo, mas escreve ou lê duas palavras em uma única batida. Ele sabe como fazer isso, transmitindo uma palavra na extremidade ascendente do sinal do relógio e a outra na extremidade descendente. Na prática, isso significa que, dentro de um comando, ele lê duas palavras, o que permite que o timer interno trabalhe mais devagar que a E / S. Portanto, se a frequência do relógio de E / S for 200 MHz, o timer interno poderá operar a 100 MHz e, enquanto estiver transmitindo dados, ele ainda transmitirá duas palavras por relógio de E / S.



Tudo isso funcionou tão bem que, no final, eles inventaram o padrão DDR2, reorganizando a memória para que dentro dele funcionasse com quatro palavras e depois enviasse ou recebesse quatro palavras ao mesmo tempo. Obviamente, a frequência do relógio não mudou, então o atraso aumentou. O DDR3 novamente dobrou seu tamanho de dados internos, aumentando a latência de acordo.

DDR4 tomou um caminho diferente. Ele não dobrou o barramento de memória interna, mas fez acesso intermitente aos bancos de memória interna para aumentar a taxa de transferência. Reduzir a tensão também permite aumentar a frequência do relógio. A DDR4 apareceu em 2012, embora tenha ganhado massa crítica apenas em 2015.

Você tem a sensação de aumentar a largura de banda da memória? Bem, praticamente. O aumento na taxa de transferência coincidiu aproximadamente com o aumento no número de núcleos nos processadores. Portanto, embora a taxa de transferência líquida estivesse crescendo, a taxa de transferência por núcleo em uma máquina típica não mudou por algum tempo. De fato, dado o rápido aumento no número de núcleos em uma CPU típica, seu valor médio diminui. Então é hora de um novo padrão.

DDR5


E agora temos o DDR5, definido em 2017. A julgar pelos relatórios, a taxa de transferência do SDRAM DDR5-3200 será 1,36 a mais que o DDR4-3200, e talvez até mais. Também ouvimos dizer que o tamanho da pré-busca dobrará novamente, pelo menos opcionalmente.

Um tipoTaxa de transferênciaVoltagemPré-buscaAno
SDR1,6 GB / s3.3.1 11993
DDR3,2 GB / s2.522000
DDR28,5 GB / s1.842003
DDR38,5 GB / s1.882007
DDR425,6 GB / s1.282017
DDR532 GB / s1.116/82019


Como pode ser visto na tabela, em 26 anos, o rendimento comparado à memória SDR original aumentou 20 vezes. Não é ruim. A busca prévia de 16 palavras parece especialmente interessante, pois permitirá que o chip preencha um cache típico de PC por vez.

Existem outros benefícios. Por exemplo, se você já tentou conectar o SDRAM ao seu próprio circuito ou FPGA, gostará do modo de loopback. Se você realmente gosta de grandes quantidades de memória, a capacidade máxima de memória agora será de 64 GB.

A propósito, também há a especificação LP-DDR5 para a opção de memória de baixo consumo de energia para dispositivos como smartphones. Essa especificação foi lançada no ano passado e, até o momento, não vemos uma grande corrida na produção de tais produtos. O LP-DDR4 permite que você escolha entre duas opções de frequência para sacrificar a velocidade pelo consumo de energia. O LP-DDR5 possui três opções de ajuste diferentes. E também existem padrões GDDR - já anteriores ao GDDR6 - para processamento de gráficos e outros aplicativos de alta velocidade. A longo prazo, o LP-DDR5 poderá trabalhar com uma largura de banda de 6,4 Gb / s por bit de E / S, e o GGDR6 pode se orgulhar de centenas de GB / s, dependendo da largura da palavra.

E agora?


A menos que você tenha um servidor ocupado ou outra coisa carregando totalmente todos os núcleos de sua CPU, você não sentirá muita diferença entre DDR4 e DDR5. Mas, novamente, quem não gosta de bons resultados em testes de velocidade?

Além disso, da perspectiva de uma estação de trabalho típica, o foco principal é ter RAM suficiente para não acessar o disco com muita frequência. Especialmente se você tiver um disco com placas rotativas, conhecido por sua baixa velocidade. Hora de escrever e ler a RAM não é um fator tão significativo no trabalho real. Com os SSDs, a situação não é tão ruim quanto antes, mas a largura de banda de um SSD típico é apenas um pouco maior que a do DDR3, embora as unidades mais rápidas estejam surgindo no horizonte. Portanto, a menos que você esteja ocupado com uma carga muito pesada de vários núcleos, é melhor ter 32 GB de DDR3 do que 4 GB de DDR5, pois mais memória poupará tempo em operações mais lentas.

More articles:


All Articles