Синхронная динамическая память с произвольным доступом с двойной скоростью передачи данных ( DDR SDRAM ) — это класс синхронной динамической памяти с произвольным доступом (DDR) с двойной скоростью передачи данных (SDRAM) , используемый 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, а это означает, что модули памяти DDR2, DDR3, DDR4 и DDR5 не будут работать на материнских платах , оснащенных DDR1 , и наоборот.
По сравнению с SDRAM с одинарной скоростью передачи данных ( SDR ), интерфейс DDR SDRAM обеспечивает более высокую скорость передачи данных за счет более строгого контроля синхронизации электрических данных и тактовых сигналов. В реализациях часто приходится использовать такие схемы, как система фазовой автоподстройки частоты и самокалибровка, чтобы достичь требуемой точности синхронизации. [4] [5] Интерфейс использует двойную накачку (перенос данных как по нарастающему, так и по спадающему фронту тактового сигнала ) для удвоения пропускной способности шины данных без соответствующего увеличения тактовой частоты. Одним из преимуществ поддержания низкой тактовой частоты является снижение требований к целостности сигнала на 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 одновременной передаче данных по 64 бита DDR SDRAM обеспечивает скорость передачи (в байтах/с) (тактовая частота шины памяти) × 2 (для двойной скорости) × 64 (количество передаваемых битов) / 8 (количество битов). /байт). Таким образом, при частоте шины 100 МГц DDR SDRAM дает максимальную скорость передачи данных 1600 МБ/с .
В конце 1980-х годов IBM создала DRAM с использованием функции двойной синхронизации и представила свои результаты на Международной конференции твердотельных схем в 1990 году. [6] [7]
Компания Samsung продемонстрировала первый прототип памяти DDR в 1997 году [1] и выпустила первый коммерческий чип DDR SDRAM (64 Мбит ) в июне 1998 года [8] [2] [3] , а вскоре за ним последовала компания Hyundai Electronics (ныне SK Hynix ). тот же год. [9] Разработка DDR началась в 1996 году, прежде чем ее спецификация была завершена JEDEC в июне 2000 года (JESD79). [10] JEDEC установил стандарты скорости передачи данных DDR SDRAM, разделенные 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]
.jpg/1280px-Generic_DDR_Memory_(Xytram).jpg)
Для увеличения объема памяти и пропускной способности чипы объединяются в модуль. Например, 64-битная шина данных для DIMM требует восьми 8-битных микросхем, адресуемых параллельно. Несколько микросхем с общими адресными линиями называются рангом памяти . Этот термин был введен во избежание путаницы с внутренними рядами и банками микросхем . Модуль памяти может иметь более одного ранга. Термин « стороны» также может сбить с толку, поскольку он неверно предполагает физическое размещение микросхем в 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 , новые чипсеты используют многоканальную архитектуру.
Примечание. Все перечисленные выше элементы обозначены JEDEC как JESD79F. [13] Все скорости передачи данных ОЗУ, находящиеся между этими перечисленными спецификациями или превышающие их, не стандартизированы JEDEC — часто это просто оптимизация производителя с использованием более жестких допусков или перенапряжения микросхем. Размеры корпусов, в которых производится DDR SDRAM, также стандартизированы JEDEC.
Между модулями DDR SDRAM нет архитектурной разницы. Вместо этого модули предназначены для работы на разных тактовых частотах: например, модуль PC-1600 предназначен для работы на частоте 100 МГц , а PC-2100 — на частоте 133 МГц . Тактовая частота модуля определяет скорость передачи данных, с которой он гарантированно работает, поэтому он гарантированно работает на более низкой (пониженной тактовой частоте ) и, возможно, может работать на более высокой ( разгонной ) тактовой частоте, чем те, для которых он был создан. [14]
Модули DDR SDRAM для настольных компьютеров, модули памяти с двойным расположением вывода (DIMM) , имеют 184 контакта (в отличие от 168 контактов в SDRAM или 240 контактов в DDR2 SDRAM) и могут отличаться от модулей DIMM SDRAM по количеству вырезов ( У DDR SDRAM один, у SDRAM — два). DDR SDRAM для ноутбуков, SO-DIMM , имеет 200 контактов, что соответствует количеству контактов DDR2 SO-DIMM. Эти две спецификации имеют очень похожие надрезы, и при вставке 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 разъема DDR, что определяется положением шпоночного паза относительно его центральной линии. На странице 4.5.10-7 указано 2,5 В (слева), 1,8 В (в центре), TBD (справа), а на странице 4.20.5–40 указано 3,3 В для правого положения выреза. Ориентация модуля определения положения шпоночного паза: 52 контактных положения слева и 40 контактных положений справа.
Незначительное увеличение рабочего напряжения может увеличить максимальную скорость, но за счет увеличения рассеиваемой мощности и нагрева, а также с риском неисправности или повреждения.
Характеристики модуля и чипа неразрывно связаны.
Общая емкость модуля представляет собой произведение мощности одного чипа и количества чипов. Модули ECC умножают его на 8 ⁄ 9 , поскольку для исправления ошибок они используют 1 бит на байт (8 бит). Таким образом, модуль любого конкретного размера можно собрать либо из 32 маленьких чипов (36 для памяти ECC), либо из 16(18) или 8(9) более крупных чипов.
Ширина шины памяти DDR на канал составляет 64 бита (72 для памяти ECC). Общая разрядность модуля — это произведение количества битов на чип и количества чипов. Оно также равно количеству рангов (строк), умноженному на ширину шины памяти DDR. Следовательно, модуль с большим количеством чипов или с использованием чипов ×8 вместо ×4 будет иметь больше рангов.
В этом примере сравниваются различные модули памяти реального сервера с общим размером 1 ГБ. С покупкой модулей памяти емкостью 1 ГБ определенно следует быть осторожным, поскольку все эти варианты могут продаваться по одной ценовой позиции без указания, являются ли они ×4 или ×8, одноранговыми или двухранговыми.
Существует распространенное мнение, 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 подумать об одностороннем/двухранговом модуле памяти, имеющем 16 (18) микросхем на одной стороне по 8 штук каждая, но маловероятно, что такой модуль когда-либо производился.
Из бюллетеня JCB-99-70 и измененных многочисленными другими бюллетенями Совета директоров, составленными с согласия комитета JC-42.3 по параметрам DRAM.
Журнал изменений Стандарта № 79:
«Этот всеобъемлющий стандарт определяет все необходимые аспекты DDR SDRAM от 64 МБ до 1 ГБ с интерфейсами данных X4/X8/X16, включая функции, функциональность, параметры постоянного и переменного тока, корпуса и назначения контактов. Впоследствии эта область применения будет расширена и официально применима к устройствам x32. , а также устройства с более высокой плотностью».
PC3200 — это DDR SDRAM, предназначенная для работы на частоте 200 МГц с использованием чипов DDR-400 с пропускной способностью 3200 МБ/с. Поскольку память PC3200 передает данные как по нарастающему, так и по спадающему фронту тактовой частоты, ее эффективная тактовая частота составляет 400 МГц.
Модули PC3200 без ECC емкостью 1 ГБ обычно состоят из 16 чипов по 512 Мбит, по 8 с каждой стороны (512 Мбит × 16 чипов) / (8 бит (на байт)) = 1024 МБ. Отдельные микросхемы, составляющие модуль памяти емкостью 1 ГБ, обычно организованы как 226 8 -битных слов, обычно выражаемых как 64M×8. Память, изготовленная таким образом, представляет собой ОЗУ низкой плотности и обычно совместима с любой материнской платой, на которой установлена память PC3200 DDR-400. [19] [ нужна ссылка ]
На смену DDR (DDR1) пришла DDR2 SDRAM , которая имела модификации для более высокой тактовой частоты и снова удвоила пропускную способность, но работала по тому же принципу, что и DDR. Конкурентом DDR2 была Rambus XDR DRAM . DDR2 доминировала из-за факторов стоимости и поддержки. DDR2, в свою очередь, была заменена DDR3 SDRAM , которая предлагала более высокую производительность при увеличении скорости шины и новых функциях. На смену DDR3 пришла DDR4 SDRAM , которая была впервые выпущена в 2011 году и чьи стандарты все еще менялись (2012 год) со значительными архитектурными изменениями.
Глубина буфера предварительной выборки DDR составляет 2 (бита), а в DDR2 — 4. Хотя эффективная тактовая частота DDR2 выше, чем у 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 меньшими задержками. [20]
Производители памяти заявили, что массовое производство памяти DDR1 с эффективной скоростью передачи данных выше 400 МГц (т.е. 400 МТ/с и внешней тактовой частотой 200 МГц) нецелесообразно из-за внутренних ограничений скорости. DDR2 начинает работу там, где заканчивается DDR1, используя внутренние тактовые частоты, аналогичные DDR1, но доступна с эффективной скоростью передачи 400 МГц и выше. Усовершенствования DDR3 расширили возможности сохранения внутренней тактовой частоты, обеспечивая при этом более высокую эффективную скорость передачи данных 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 в каждой группе банков для ×4/×8 и 8 банков, 2 группы банков по 4 банка в каждой группе банков для ×16 ОЗУ. DDR4 SDRAM использует архитектуру предварительной выборки 8 n для достижения высокоскоростной работы. Архитектура предварительной выборки 8n сочетается 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 в 4 такта во внутреннем ядре DRAM и 8 соответствующих передач данных в половину такта шириной в n -бит на входе/выходе. булавки. [21]
RDRAM была особенно дорогой альтернативой DDR SDRAM, и большинство производителей отказались от ее поддержки в своих чипсетах. Цены на память DDR1 существенно выросли по сравнению со вторым кварталом 2008 года, тогда как цены на DDR2 снизились. В январе 2009 года 1 ГБ DDR1 стоил в 2–3 раза дороже, чем 1 ГБ DDR2. [ нужна цитата ]
MDDR — это аббревиатура, которую некоторые предприятия используют для Mobile DDR SDRAM — типа памяти, используемого в некоторых портативных электронных устройствах, таких как мобильные телефоны , карманные компьютеры и цифровые аудиоплееры . Благодаря технологиям, включающим пониженное напряжение питания и расширенные возможности обновления, Mobile DDR может достичь большей энергоэффективности.