Максимальная пропускная способность памяти ddr4. Начало новой эпохи

Чтобы современные игры бегали шустрее, компьютеру нужна не только , но и достаточное количество оперативной памяти. Для чего это необходимо? В нынешних играх весьма большие локации с немалым количеством объектов, которые как раз и хранятся в оперативке. Если оперативки мало - игра будет обращаться к постоянной памяти и, если это медленный HDD, пользователь неизменно получит «фризы».

Для коридорных шутеров много памяти может не потребоваться, но если вы играете в масштабные RTS или FPS-игры, это меняет дело. Например, для игры в Battlefield 1 производитель рекомендует использовать 16 Гбайт RAM или выше. Если вы еще не определились сколько оперативки вам нужно - воспользуйтесь нашими .

Samsung DDR4 2666 DIMM 8Gb

Наверное, практически каждый пользователь слышал об этой нашумевшей модели от компании Samsung. Набора из нескольких планок, к сожалению, вы не найдете, но ничего не мешает вам купить по одной штуке и установить их вместе. Помимо крайне низкой стоимости, данная память обладает отличным разгонным потенциалом, за который оверклокеры и любят это ОЗУ. В стоке здесь всего лишь 2666 Мгц, но без особого труда на хорошей материнской плате этот модуль возьмет частоту от 3200 до 3666 Мгц, несмотря на то, что двухранговая память обычно гонится хуже одноранговой.

Преимущества

Отличный разгонный потенциал
Очень дешевые
Очень распространены на рынке

Недостатки

Внешний вид — проще некуда

Patriot Memory PV416G320C6K

Если вы не хотите заниматься оверклокингом, но при этом бюджет сильно ограничен, то рекомендуем посмотреть в сторону компании Patriot Memory. Разогнанный с завода кит имеет частоту в 3200 Мгц. При желании вы, конечно, можете попробовать выжать больше, но скорее всего у вас ничего не выйдет. Двухранговая память PV416G320C6K заведется на 3200 Мгц только при активации XMP-профиля и повышении таймингов. Из коробки вы увидите лишь жалкие 2133 Мгц.

Помимо высокой частоты, разработчики предлагают пользователю интересный дизайн, который хорошо впишется в красную сборку. Кроме того, есть возможность отсоединения радиатора если вдруг вы не можете установить башенный кулер в качестве охлаждения процессора. Гарантия на комплект - 10 лет!

Преимущества

Низкая стоимость
Высокая частота при поддержке XMP-профиля
Приятный дизайн
Отсоединяемые радиаторы
10 лет гарантии

Недостатки

Нет определенного вендора чипов памяти

Kingston HyperX HX432C16PB3K2/16

Компания Kingston является одним из старейших производителей памяти на рынке. Ее бренд HyperX ориентирован на геймеров, а продукция отвечает высоким стандартам качества. Неудивительно, что на комплект памяти HyperX HX432C16PB3K2/16 дается пожизненная гарантия. Конечно, это не самый дешевый вариант, но все равно получается очень бюджетно.

Рабочая частота памяти у данной модели такая же, как и у предыдущего комплекта - 3200 МГц при поддержке XMP-профиля, но разгон получается значительно стабильнее. Видимо, именно за это и переплачивает покупатель если сравнивать с Patriot Memory PV416G320C6K. Стоит также отметить традиционный черный агрессивный стиль компании Kingston.

Преимущества

Пожизненная гарантия
Стабильный разгон
Интересный дизайн

Недостатки

Слегка завышенная стоимость

Patriot Memory PVS416G400C9K

Если вы являетесь обладателем процессора от компании Ryzen, то, наверняка присматриваетесь к высокочастотной памяти, которая разогнана с завода. Patriot Viper предлагает вашему внимаю самый дешевый «кит» на рынке, который будет работать на 4000 МГц. Конечно, для того, чтобы завести планки на такой частоте, потребуется в любом случае долго танцевать с бубном, но прирост производительности того стоит. Учтите, что даже самые качественные одноранговые модели, построенные на чипах B-die не всегда смогут покорить отметку в 400 МГц. Так зачем тогда переплачивать за бренд, верно?

Преимущества

Интересный дизайн
Высокая частота с завода
Часто попадаются чипы B-die
Низкая стоимость
Почти всегда есть в наличии

DDR4 SDRAM - последний стандарт памяти JEDEC. Он обеспечивает более высокий уровень производительности, с более низким потреблением энергии и большей надежностью, чем DDR3.

JEDEC начала работу над DDR4 еще в 2005 году, с окончательной спецификацией в сентябре 2012 года. Samsung выпустила первые прототипы модулей DDR4 в конце 2010 года, а первый образец 16GB DDR4-модуля в июле 2012 года. Первые, поддерживающие память DDR4 , были выпущены с чипсетом Intel X99, в августе 2014 года.

Модули DDR4 SDRAM используют интерфейс Pseudo Open Drain (POD) (ранее используемый в высокопроизводительной графической памяти DRAM) и работают на более низком напряжении 1,2 В (по сравнению с 1,5 В для DDR3). Это позволяет модулям DDR4 потреблять общей энергии на 40% меньше, чем предыдущим модулям . Таким образом экономится энергия и выделяется меньше тепла. А также, DDR4, для повышения надежности системы, поддерживает запись циклической проверки избыточности (CRC).

288-контактный модуль DDR4 SDRAM на 1 мм длиннее и на 1 мм выше 240-контактных модулей DDR3/DDR2. Это было достигнуто созданием отдельных штифтов шириной всего 0,85 мм. Что меньше, чем используемые на предыдущих модулях штифты в 1 мм. Примерно посередине между краем и центральной выемкой, модули DDR4 SDRAM не много изгибаются. Что, для облегчения установки, делает внешние контакты у центрального выреза, короче штифтов. Из-за использования разных размеров и сигналов, модули DDR4 физически и электрически несовместимы с предыдущими модулями памяти и конструкциями гнезд.

Модули DDR4 были доступны со скоростью 1600 МГц (эффективная) и выше. В данное время, со скоростями до 3,200 МГц (эффективными). Как и в случае с DDR, и DDR3, истинная тактовая частота составляет половину эффективной скорости, которая технически выражается в миллионах передач в секунду (MTps). Таблица ниже показывает официально утвержденные JEDEC типы DDR4 модулей и характеристики их пропускной способности.

JEDEC Standard DDR4 модули(260-контактный DIMM) Speeds and Transfer Rates

DDR = двойная скорость передачи данных
МГц = миллион циклов в секунду
MTps = миллионов переводов в секунду
Мбит/с = миллион байт в секунду
NS = наносекунд (миллиардных долей секунды)

Технически, топология DDR4 - не шина, как это использовалось в DDR3 и более ранних стандартах памяти. Вместо этого, DDR4 SDRAM использует соединение «точка-точка», где каждый канал в контроллере памяти подключается к одному модулю.

Как правило, вы можете найти модули DDR4 номиналом CL12 - CL16.

RDRAM

Rambus DRAM (RDRAM) - запатентованная технология памяти (не JEDEC), которая использовалась, в основном, в некоторых системах Pentium III и 4 на базе Intel с 2000 по 2002 год. Сегодня эти системы почти не используются.

Небольшое экспресс-тестирование работы процессоров под LGA1151 с памятью, типа DDR3 и DDR4 мы проводили еще в прошлом году, а в этом немного расширили изученную область в направлении бюджетных моделей для этой платформы. В общем и целом сложилось ощущение, что преимуществ по производительности у нового типа памяти нет, зато она позволяет сэкономить немного энергии, что в последние годы стало основной точкой приложения усилий Intel при разработке новых микроархитектур. Правда, влияние памяти на энергопотребление старших моделей процессоров Intel мы не исследовали. Да и вообще - их тесты проводились еще с использованием старой методики тестирования, причем очень разных системных плат и т. п., так что сделанные в прошлом году выводы могут и устареть. Поэтому мы решили исследовать вопрос более тщательно и подробно.

Конфигурация тестовых стендов

Мы воспользовались пятью процессорами, причем два из них уже были протестированы ранее - именно поэтому сегодня будут использоваться результаты Pentium G4500T, а не несколько более актуальных для розничных покупателей G4500/G4520: обычная экономия временны́х затрат. Все равно в наибольшей степени нас интересуют не они, а процессоры чуть более высокого класса - например, младшие в линейках Core i3-6100 и i5-6400. Почему именно младшие? Как нам кажется, именно у покупателей таковых наиболее вероятно желание сэкономить при модернизации системы, не меняя шило на мыло DDR3 на DDR4. Да и при покупке новой системы то, что на данный момент бюджетные платы с поддержкой DDR3 стоят немного дешевле аналогов со слотами DDR4, важнее всего именно тем, кто собирает бюджетный компьютер. А если уж сможет себе позволить какой-нибудь Core i3-6320, то лучше «дотянет» до «настоящего четырехъядерного» Core i5-6400. Но, тем не менее, не протестировать совместно с DDR3 топовый Core i7-6700K мы тоже не могли - все-таки это самое быстрое (и самое прожорливое) предложение Intel для данной платформы, поэтому и крайне необходимое для оценки максимального потенциального эффекта от перехода на новый стандарт памяти.

Что касается собственно модулей памяти, то в обоих случаях мы использовали пару таковых, суммарной емкостью 8 ГБ. Частота соответствовала поддерживаемой по стандарту - 1600 МГц для DDR3 и 2133 МГц для DDR4. В принципе, некоторые производители системных плат предлагают возможности разгона памяти и для DDR3, но тут есть один деликатный момент - для достижения высоких частот обычно используется повышенное до 1,65 В (вместо стандартных 1,5 В) напряжение питания. При этом Intel не рекомендует так поступать еще со времен LGA1156, предупреждая, что повышенное напряжение может привести и к повреждению процессора. А ведь официально устройствам для LGA1151 разрешено работать даже не с DDR3, а с DDR3L, работающей на напряжении 1,35 В, т. е. для них эта проблема может оказаться и более выраженной. Впрочем, справедливости ради, за прошедшие семь лет мы ни разу не сталкивались с выходом процессоров из строя, даже при использовании «оверклокерских» модулей. Более того - и не слышали о ситуациях, в которых можно было однозначно заявить о наличии таких проблем. Но береженого известно кто бережет:) Тем более, под концепцию минимизации цены системы разнообразные «хай-енд»-модули с декоративными радиаторами и прочими светодиодами все равно никак не подходят, поскольку и стоят уже дороже массовой DDR4. А вот банальная DDR3-1600 все еще может оказаться полезной.

Системных плат потребовалось две. В идеале, конечно, такое тестирование стоило проводить на универсальной модели, тройка каковых уже есть в ассортименте ASRock, но к нам в руки они пока не попадали. Поэтому мы просто взяли две платы, максимально-сходные по конструкции и даже назначению: ASRock Fatal1ty B150 Gaming K4 и Asus B150 Pro Gaming D3 . И основанные на одном и том же чипсете, что тоже может оказаться немаловажным, равно как и сходная (десятиканальная) схема питания процессора.

Методика тестирования

Методика подробно описана в отдельной статье . Здесь же вкратце напомним, что базируется она на следующих четырех китах:

• Методика измерения энергопотребления при тестировании процессоров
• Методика мониторинга мощности, температуры и загрузки процессора в процессе тестирования

А подробные результаты всех тестов доступны в виде полной таблицы с результатами (в формате Microsoft Excel 97-2003) . Непосредственно же в статьях мы используем уже обработанные данные. В особенности, это относится к тестам приложений, где все нормируется относительно референсной системы (как и в прошлом году, ноутбука на базе Core i5-3317U с 4 ГБ памяти и SSD, емкостью 128 ГБ) и группируется по сферам применения компьютера.

iXBT Application Benchmark 2016

Первая же группа программ преподнесла сюрприз - на трех процессорах из пяти DDR3 оказалась быстрее, чем DDR4. Изучение подробных результатов показывает, что «благодарить» за это нужно одну программу, а именно Adobe After Effects CC 2015. Предыдущая ее версия, помнится, испортила нам немало крови из-за своих требований к емкости памяти (причем зависящих от прочего аппаратного окружения), теперь вот новая напасть - и связанная именно с памятью. На медленных процессорах, впрочем, незаметная - там доверительные интервалы разных измерений существенно пересекаются. Но вот при возможности использовать четыре или более потоков вычисления, на погрешность разницу уже не спишешь: на Core i3-6100 и i5-6400 она превышает 10%. А для i7-6700K - немного уменьшается: судя по всему, благодаря большей емкости кэш-памяти. В общем, «прогресс» иногда может оказаться и таким. Локально - остальные программы группы работают на системе с DDR4 либо также, либо немного быстрее, что и приводит в конечном итоге к почти равным результатам. Для разных типов памяти, но не процессоров, разумеется, т. е. перед нами как раз тот случай, когда экономия посредством сохранения старой памяти может позволить приобрести более быстрый процессор, что окупится сторицей.

В данном случае, напротив, имеем некоторый прирост результатов при использовании DDR4, причем, чем быстрее процессор, тем он выше. Но даже в крайнем случае не превышает 3%, т. е. бежать менять память только лишь из-за производительности не стоит.

Формально - новая память лучше, фактически же разница в доли процента интересна может оказаться только любителям бенчмарков, но не для практического использования.

Аналогичный случай. Нет, конечно, результаты стабильно выше. Но такой прирост производительности без фотофиниша не зафиксируешь, так что лучше просто не обращать на него внимания.

Опять отличия в пределах 1%. Даже там, где они вообще есть. Покупателям же систем начального уровня тем более имеет смысл не волноваться, а попробовать сэкономить. Даже при покупке нового компьютера об этом можно пока поразмыслить, не говоря уже о том случае, когда достаточный объем DDR3 остался от старого.

При упаковке данных Core i7-6700K все-таки сумел героически «выжать» целых 2% разницы за счет большей ПСП. Остальным же более чем достаточно и DDR3-1600, а DDR4 может даже помешать из-за пока еще больших задержек.

Файловые операции последние лет пять умеют активно «нагружать» память, однако мы не склонны в данном случае относить эффект на счет ее производительности. Скорее, прочие сторонние факторы, типа работы контроллера в том режиме, на который он в основном и рассчитан.

Глядя на результаты младших процессоров Intel, мы посчитали, что этой программе вообще противопоказаны более высокие задержки DDR4. Однако воспользовавшись более быстрыми моделями можно увидеть, что, по мере роста их производительности, требования к пропускной способности памяти тоже растут. В итоге удается «выжать» до 3-4%. Что, впрочем, неплохо смотрится только на фоне остальных групп приложений, но слишком мало для практической значимости.

В конечном итоге приходим к практически полной эквивалентности двух типов памяти, поскольку разница между ними находится в пределах погрешности. Впрочем, как мы видели выше, есть программы, которые «жестко голосуют» за один из вариантов, но настолько странным образом, что это вообще можно списать на какие-то ошибки (или, что то же самое, неумеренную и ненужную оптимизацию), которые со временем будут исправлены. А вот такого, чтоб результаты взяли и выросли на треть (пропорционально эффективной частоте) - и близко нет.

Энергопотребление и энергоэффективность

Чтобы не перебарщивать с размерами диаграмм, мы решили ограничиться тремя точками - крайними и средней (результаты остальных двух систем желающие могут посмотреть в сводном файле). В принципе, они хорошо демонстрируют - зачем все это затевалось. А также и то, что для младших конфигураций эффектом можно, в принципе, и пренебречь: какая-то экономия наблюдается и в случае Celeron G3900, но с учетом его очень малого «аппетита» вообще... Плюс-минус пять ватт в настольной системе проблем не составят. Вот 10-15 при использовании топовых процессоров - уже что-то, однако в относительном исчислении тоже не стоит внимания.

Но, разумеется, большому любителю «зеленых» может и принести небольшое моральное удовлетворение. Как и в целом LGA1151 - согласно тестам, даже при использовании DDR3 это все равно самая «энергоэффективная» на сегодня настольная платформа, причем не уступающая даже суррогатным системам, но при несравнимо более высокой производительности. Впрочем, и LGA1150 в этом качестве была неплоха, да и «старенькая» уже LGA1155 при продлении ей жизни и отсутствии новых разработок выглядела бы неплохо. Фактически среди настольных платформ конкуренции в плане энергоэффективности давно уже не наблюдается. Так что «усиление и углубление» работы в данном направлении - отголоски событий на совсем других рынках.

Однако нераскрытым пока еще остается другой вопрос, а именно влияние разных типов памяти на энергопотребление самого процессора. «Платформенная» экономичность - понятно: все-таки и сами модули памяти имеют разное энергопотребление. А сказывается ли это непосредственно на работу контроллера, интегрированного в процессор? Заранее и не скажешь. К примеру, дискретная видеокарта тоже «портит» показатели энергоэффективности, но непосредственно на процессоре не сказывается никак. Значит, надо измерять. Тем более, для новых платформ это проблем не составляет - еще со времен LGA1150 компания «перевела» систему питания процессора непосредственно на выделенную линию БП целиком и полностью.

Эффект, как видим, есть - более скромный, чем для «платформы», но лояльным к памяти старого типа его не назовешь. Опять же - для младших моделей в ассортименте Intel им можно и пренебречь, а вот для старших можно получить и лишний десяток ватт «под крышкой». И это даже для стандартных модулей DDR3 с напряжением питания 1,5 В - увеличение последнего (при попытках повысить частоту памяти), разумеется, положение дел только усугубит. Таким образом, рекомендации «не задирать» напряжение питания модулей памяти можно верить - ничего хорошего это не принесет. Плохого, вполне возможно, что тоже. Но рисковать или нет - каждый пусть решает для себя сам. Во всяком случае, влияние использования памяти типа DDR3 на собственное энергопотребление (и, соответственно, тепловыделение) центрального процессора - задокументированный факт. Равно как и небольшой размер этого «влияния» в случае процессоров бюджетного сегмента. Или даже моделей среднего уровня.

iXBT Game Benchmark 2016

Чтобы не перегружать статью большим количеством в общем-то однотипных диаграмм, мы в очередной раз решили обойтись интегральным баллом (напомним: он отражает не абсолютные показатели, а способность систем как-то «вытягивать» хотя бы 30 кадров в секунду в разных играх).

Собственно, все очевидно. Разумеется, большая ПСП благотворно сказывается на интегрированном GPU, но принципиально положение дел измениться не может. Кое-где это позволяет, например, увеличить частоту кадров с 28 до 31, что сказывается на общем результате, однако никаких вау-эффектов не наблюдается. Это в очередной раз подтверждает, что при приобретении компьютера игрового назначения «танцевать» надо от видеокарты. Потом уже можно задуматься о процессоре, а все остальное - по вкусу. Если деньги останутся:) Но запросы современных (и даже уже не очень) игр таковы, что вряд ли останутся уже после первого шага. Так что если использование «старой» памяти позволит приобрести чуть более быструю видеокарту - этим в обязательном порядке стоит воспользоваться. А все попытки повысить производительность интегрированной графики без кардинальных ее изменений не стоят даже затраченного времени, не говоря уже о деньгах.

Итого

Итак, мы уточнили ранее полученные результаты и пришли к выводу, что пока эффект от перехода к DDR4 даже скромнее, чем казался ранее. Из чего, впрочем, не следует, что этому переходу надо как-то специально противодействовать. Во-первых, новая память позволяет сэкономить немного энергии. Причем (что тоже немаловажно) речь идет не только о большей экономичности всей системы, но и потребление процессора оказывается немного более низким, так что и работать последний будет в более щадящем режиме, и с охлаждением все проще решать. Во-вторых же, отгрузки DDR3 довольно быстро сокращаются, так что эта память дешеветь не будет наверняка, в отличие от DDR4. На которую все равно рано или поздно придется переходить, причем мы не удивимся, если поддержка DDR3 исчезнет со временем и из новых процессоров уже в рамках LGA1151. C другой стороны, если таковая память уже есть, причем в достаточном количестве, которое в ближайшем будущем увеличивать не планируется - момент перехода можно и отложить до более удачного в финансовом плане. Каких-то проблем это не составит, даже при покупке топового процессора, не говоря уже об устройствах среднего и нижнего уровня. Но, естественно, не стоит увлекаться чрезмерным повышением напряжения на модулях, поскольку определенное отрицательное значение для процессора это имеет.

Вот и вышли процессоры Intel Haswell-E. сайт уже успела протестировать топовый 8-ядерник Core i7-5960X , а также материнскую плату ASUS X99-DELUXE . И, пожалуй, главной «фишкой» новой платформы стала поддержка стандарта оперативной памяти DDR4.

Начало новой эпохи, эпохи DDR4

О стандарте SDRAM и модулях памяти

Первые модули SDRAM появились еще в 1993 году. Их выпустила компания Samsung. А уже к 2000 году память SDRAM за счет производственных мощностей корейского гиганта полностью вытеснила с рынка стандарт DRAM.

Аббревиатура SDRAM расшифровывается как Synchronous Dynamic Random Access Memory. Дословно это можно перевести как «синхронная динамическая память с произвольным доступом». Поясним значение каждой характеристики. Динамической память является потому, что в силу малой емкости конденсаторов она постоянно требует обновления. К слову, кроме динамической, также существует и статическая память, которая не требует постоянного обновления данных (SRAM). SRAM, например, лежит в основе кэш-памяти. Помимо динамической, память также является синхронной, в отличие от асинхронной DRAM. Синхронность заключается в том, что память выполняет каждую операцию известное число времени (или тактов). Например, при запросе каких-либо данных контроллер памяти точно знает, сколько времени они будут до него добираться. Свойство синхронности позволяет управлять потоком данных и выстраивать их в очередь. Ну и пару слов о «памяти с произвольным доступом» (RAM). Это означает, что единовременно можно получить доступ к любой ячейке по ее адресу на чтение или запись, причем всегда за одно и то же время вне зависимости от расположения.

Модуль памяти SDRAM

Если говорить непосредственно о конструкции памяти, то ее ячейками являются конденсаторы. Если заряд в конденсаторе есть, то процессор расценивает его как логическую единицу. Если заряда нет - как логический ноль. Такие ячейки памяти имеют плоскую структуру, а адрес каждой из них определяется как номер строки и столбца таблицы.

В каждом чипе находится несколько независимых массивов памяти, которые представляют собой таблицы. Их называют банками. В единицу времени можно работать только с одной ячейкой в банке, однако существует возможность работы сразу с несколькими банками. Записываемая информация необязательно должна храниться в одном массиве. Зачастую она разбивается на несколько частей и записывается в разные банки, причем процессор продолжает считать эти данные единым целым. Такой способ записи называется interleaving. В теории, чем больше в памяти таких банков, тем лучше. На практике модули с плотностью до 64 Мбит имеют два банка. С плотностью от 64 Мбит до 1 Гбит - четыре, а с плотностью 1 Гбит и выше - уже восемь.

Что такое банк памяти

И несколько слов о строении модуля памяти. Сам по себе модуль памяти представляет собой печатную плату с распаянными на ней чипами. Как правило, в продаже можно встретить устройства, выполненные в форм-факторах DIMM (Dual In-line Memory Module) или SO-DIMM (Small Outline Dual In-line Memory Module). Первый предназначается для использования в полноценных настольных компьютерах, а второй - для установки в ноутбуки. Несмотря на один и тот же форм-фактор, модули памяти разных поколений отличаются количеством контактов. Например, решение SDRAM имеет 144 пина для подключения к материнской плате, DDR - 184, DDR2 - 214 пинов, DDR3 - 240, а DDR4 - уже 288 штук. Конечно, речь в данном случае идет о DIMM-модулях. Устройства, выполненные в форм-факторе SO-DIMM, само собой имеют меньшее число контактов в силу своих меньших размеров. Например, модуль памяти DDR4 SO-DIMM подключается к «материнке» за счет 256 пинов.

Модуль DDR (внизу) имеет больше пинов, чем SDRAM (вверху)

Вполне очевидно и то, что объем каждого модуля памяти высчитывается как сумма емкостей каждого распаянного чипа. Чипы памяти, конечно, могут отличаться своей плотностью (или, проще говоря, объемом). К примеру, прошедшей весной компания Samsung наладила серийное производство чипов с плотностью 4 Гбит. Причем в обозримом будущем планируется выпуск памяти с плотностью 8 Гбит. Также модули памяти имеют свою шину. Минимальная ширина шины составляет 64 бит. Это означает, что за такт передается 8 байт информации. При этом нужно отметить, что также существуют 72-битные модули памяти, в которых «лишние» 8 бит отведены для технологии коррекции ошибок ECC (Error Checking & Correction). Кстати, ширина шины модуля памяти также является суммой ширин шин каждого отдельно взятого чипа памяти. То есть, если шина модуля памяти является 64-битной и на планке распаяно восемь чипов, то ширина шины памяти каждого чипа равна 64/8=8 бит.

Чтобы рассчитать теоретическую пропускную способность модуля памяти, можно воспользоваться следующей формулой: A*64/8=ПС, где «А» - это скорость передачи данных, а «ПС» - искомая пропускная способность. В качестве примера можно взять модуль памяти типа DDR3 с частотой 2400 МГц. В таком случае пропускная способность будет равняться 2400*64/8=19200 Мбайт/с. Именно это число имеется в виду в маркировке модуля PC3-19200.

Как же происходит непосредственно чтение информации из памяти? Сначала подается адресный сигнал в соответствующую строку (Row), а уже затем считывается информация из нужного столбца (Column). Информация считывается в так называемый усилитель (Sense Amplifiers) - механизм подзарядки конденсаторов. В большинстве случаев контроллер памяти считывает сразу целый пакет данных (Burst) с каждого бита шины. Соответственно, при записи каждые 64 бита (8 байт) делятся на несколько частей. К слову, существует такое понятие как длина пакета данных (Burst Length). Если эта длина равна 8, то за один раз передается сразу 8*64=512 бит.

Модули и чипы памяти также имеют такую характеристику, как геометрия, или организация (Memory Organization). Геометрия модуля показывает его ширину и глубину. Например, чип с плотностью 512 Мбит и разрядностью (шириной) 4 имеет глубину чипа 512/4=128М. В свою очередь, 128М=32М*4 банка. 32М - это матрица, содержащая 16000 строк и 2000 столбцов. Она может хранить 32 Мбит данных. Что касается самого модуля памяти, то почти всегда его разрядность составляет 64 бита. Глубина же легко высчитывается по следующей формуле: объем модуля умножается на 8 для перевода из байтов в биты, а затем делится на разрядность.

На маркировке без труда можно найти значения таймингов

Необходимо сказать несколько слов и о такой характеристике модулей памяти, как тайминги (задержки). В самом начале статьи мы говорили о том, что стандарт SDRAM предусматривает такой момент, что контроллер памяти всегда знает, сколько времени выполняется та или иная операция. Тайминги как раз и указывают время, требующееся на исполнение определенной команды. Это время измеряется в тактах шины памяти. Чем меньше это время, тем лучше. Самыми важными являются следующие задержки:

• TRCD (RAS to CAS Delay) - время, которое необходимо для активации строки банка. Минимальное время между командой активации и командой чтения/записи;
• CL (CAS Latency) - время между подачей команды чтения и началом передачи данных;
• TRAS (Active to Precharge) - время активности строки. Минимальное время между активацией строки и командой закрытия строки;
• TRP (Row Precharge) - время, необходимое для закрытия строки;
• TRC (Row Cycle time, Activate to Activate/Refresh time) - время между активацией строк одного и того же банка;
• TRPD (Active bank A to Active bank B) - время между командами активации для разных банков;
• TWR (Write Recovery time) - время между окончанием записи и подачей команды закрытия строки банка;
• TWTR (Internal Write to Read Command Delay) - время между окончанием записи и командой чтения.

Конечно, это далеко не все существующие в модулях памяти задержки. Можно перечислить еще добрый десяток всевозможных таймингов, но лишь указанные выше параметры существенно влияют на производительность памяти. Кстати, в маркировке модулей памяти и вовсе указываются только четыре задержки. Например, при параметрах 11-13-13-31 тайминг CL равен 11, TRCD и TRP - 13, а TRAS - 31 такту.

Со временем потенциал SDRAM достигла своего потолка, и производители столкнулись с проблемой повышения быстродействия оперативной памяти. Так на свет появился стандарт DDR.1

Пришествие DDR

Разработка стандарта DDR (Double Data Rate) началась еще в 1996 году и закончилась официальной презентацией в июне 2000 года. С приходом DDR уходящую в прошлое память SDRAM стали называть попросту SDR. Чем же стандарт DDR отличается от SDR?

После того как все ресурсы SDR были исчерпаны, у производителей памяти было несколько путей решения проблемы повышения производительности. Можно было бы просто наращивать число чипов памяти, тем самым увеличивая разрядность всего модуля. Однако это отрицательно сказалось бы на стоимости таких решений - уж очень дорого обходилась эта затея. Поэтому в ассоциации производителей JEDEC пошли иным путем. Было решено вдвое увеличить шину внутри чипа, а передачу данных осуществлять также на вдвое повышенной частоте. Кроме этого, в DDR предусматривалась передача информации по обоим фронтам тактового сигнала, то есть два раза за такт. Отсюда и берет свое начало аббревиатура DDR - Double Data Rate.

Модуль памяти DDR производства Kingston

С приходом стандарта DDR появились такие понятия, как реальная и эффективная частота памяти. К примеру, многие модули памяти DDR работали на скорости 200 МГц. Эта частота называется реальной. Но из-за того, что передача данных осуществлялась по обоим фронтам тактового сигнала, производители в маркетинговых целях умножали эту цифру на 2 и получали якобы эффективную частоту 400 МГц, которую и указывали в маркировке (в данном случае - DDR-400). При этом в спецификациях JEDEC указано, что использовать термин «мегагерц» для характеристики уровня производительности памяти и вовсе некорректно! Вместо него необходимо использовать «миллионы передач в секунду через один выход данных». Однако маркетинг - дело серьезное, указанные в стандарте JEDEC рекомендации мало кому были интересны. Поэтому новый термин так и не прижился.

Также в стандарте DDR впервые появился двухканальный режим работы памяти. Использовать его можно было при наличии четного числа модулей памяти в системе. Его суть заключается в создании виртуальной 128-битной шины за счет чередования модулей. В таком случае происходила выборка сразу 256 бит. На бумаге двухканальный режим может поднять производительность подсистемы памяти в два раза, однако на практике прирост скорости оказывается минимален и далеко не всегда заметен. Он зависит не только от модели оперативной памяти, но и от таймингов, чипсета, контроллера памяти и частоты.

Четыре модуля памяти работают в двухканальном режиме

Еще одним нововведением в DDR стало наличие сигнала QDS. Он располагается на печатной плате вместе с линиями данных. QDS был полезен при использовании двух и более модулей памяти. В таком случае данные приходят к контроллеру памяти с небольшой разницей во времени из-за разного расстояния до них. Это создает проблемы при выборе синхросигнала для считывания данных, которые успешно решает как раз QDS.

Как уже говорилось выше, модули памяти DDR выполнялись в форм-факторах DIMM и SO-DIMM. В случае DIMM количество пинов составляло 184 штуки. Для того чтобы модули DDR и SDRAM были физически несовместимы, у решений DDR ключ (разрез в области контактной площадки) располагался в ином месте. Кроме этого, модули памяти DDR работали с напряжением 2,5 В, тогда как устройства SDRAM использовали напряжение 3,3 В. Соответственно, DDR обладала меньшим энергопотреблением и тепловыделением в сравнении с предшественником. Максимальная частота модулей DDR составляла 350 МГц (DDR-700), хотя спецификациями JEDEC предусматривалась лишь частота 200 МГц (DDR-400).

Память DDR2 и DDR3

Первые модули типа DDR2 появились в продаже во втором квартале 2003 года. В сравнении с DDR, оперативная память второго поколения не получила существенных изменений. DDR2 использовала всю ту же архитектуру 2 n -prefetch. Если раньше внутренняя шина данных была вдвое больше, чем внешняя, то теперь она стала шире в четыре раза. При этом возросшую производительность чипа стали передавать по внешней шине с удвоенной частотой. Именно частотой, но не удвоенной скоростью передачи. В итоге мы получили, что если у DDR-400 чип работал на реальной частоте 200 МГц, то в случае DDR2-400 он функционировал со скоростью 100 МГц, но с вдвое большей внутренней шиной.

Также DDR2-модули получили большее количество контактов для присоединения к материнской плате, а ключ был перенесен в другое место для физической несовместимости с планками SDRAM и DDR. Вновь было снижено рабочее напряжение. Если модули DDR работали при напряжении 2,5 В, то решения DDR2 функционировали при разности потенциалов 1,8 В.

По большому счету, на этом все отличия DDR2 от DDR заканчиваются. Первое время модули DDR2 в отрицательную сторону отличались высокими задержками, из-за чего проигрывали в производительности планкам DDR с одинаковой частотой. Однако вскоре ситуация вернулась на круги своя: производители снижали задержки и выпускали более быстрые наборы оперативной памяти. Максимальная частота DDR2 достигала отметки эффективных 1300 МГц.

Различное положение ключа у модулей DDR, DDR2 и DDR3

При переходе от стандарта DDR2 к DDR3 использовался тот же самый подход, что и при переходе от DDR к DDR2. Само собой, сохранилась передача данных по обоим концам тактового сигнала, а теоретическая пропускная способность выросла в два раза. Модули DDR3 сохранили архитектуру 2 n -prefetch и получили 8-битную предвыборку (у DDR2 она была 4-битной). При этом внутренняя шина стала в восемь раз больше, чем внешняя. Из-за этого в очередной раз при смене поколений памяти увеличились ее тайминги. Номинальное рабочее напряжение для DDR3 было снижено до 1,5 В, что позволило сделать модули более энергоэффективными. Заметим, что, кроме DDR3, существует память типа DDR3L (буква L означает Low), которая работает с пониженным до 1,35 В напряжением. Также стоит отметить, что модули DDR3 оказались ни физически, ни электрически несовместимы с любым из предыдущих поколений памяти.

Конечно, чипы DDR3 получили поддержку некоторых новых технологий: например, автоматическую калибровку сигнала и динамическое терминирование сигналов. Однако в целом все изменения носят преимущественно количественный характер.

DDR4 - очередная эволюция

Наконец, мы добрались до совершенно новой памяти типа DDR4. Ассоциация JEDEC начала разработку стандарта еще в 2005 году, однако лишь весной этого года первые устройства появились в продаже. Как говорится в пресс-релизе JEDEC, при разработке инженеры пытались достичь наибольшей производительности и надежности, увеличив при этом энергоэффективность новых модулей. Что ж, такое мы слышим каждый раз. Давайте посмотрим, какие конкретно изменения получила память DDR4 в сравнении с DDR3.

На этой картинке можно проследить эволюцию технологии DDR: как менялись показатели напряжения, частоты и емкости

Один из первых прототипов DDR4. Как ни странно, это ноутбучные модули

В качестве примера рассмотрим 8-гигабайтный DDR4-чип с шиной данных шириной 4 бита. Такой девайс содержит 4 группы банков по 4 банка в каждой. Внутри каждого банка находятся 131 072 (2 17) строки емкостью 512 байт каждая. Для сравнения можно привести характеристики аналогичного DDR3-решения. Такой чип содержит 8 независимых банков. В каждом из банков находятся 65 536 (2 16) строк, а в каждой строке - 2048 байт. Как видите, длина каждой строки чипа DDR4 в четыре раза меньше длины строки DDR3. Это означает, что DDR4 осуществляет «просмотр» банков быстрее, нежели DDR3. При этом переключение между самими банками также происходит гораздо быстрее. Тут же отметим, что для каждой группы банков предусмотрен независимый выбор операций (активация, чтение, запись или регенерация), что позволяет повысить эффективность и пропускную способность памяти.

Основные преимущества DDR4: низкое энергопотребление, высокая частота, большой объем модулей памяти

Э волюция технологий стремительно шагает вперед, уступая место более прогрессивным, миниатюрным и менее ресурсоемким стандартам в области производства процессоров, SSD и оперативной памяти. Цены же на предыдущие линейки продукции стремительно падают, поскольку они уже не в силах удовлетворить все более растущим аппетитам пользовательской среды.

Во второй половине 2014 года в массовое производство вышла линейка модулей оперативной памяти DDR4. Пока новая технология получила достаточно популярности и состоялось снижение цен, прошло примерно два года, и вот теперь эти чипы стали доступными для приобретения по оптимальной цене и в оптимальной конфигурации. В связи с этим немаловажным событием мы решили подготовить для вас обзор нового стандарта RAM и рассказать, что же собой представляет оперативная память DDR4 , чем она отличается от предыдущих поколений ОЗУ и чем выделяется на фоне своих предшественников.

Вначале несколько слов о том, что же такое вообще оперативная память. Давайте на секунду вообразим, что вы являетесь менеджером среднего звена в компании, и у вас в подчинении находится штат одного из отделов, состоящий из нескольких человек. В вашей компании есть корпоративный портал, на котором публикуются все внутренние новости компании. Вы, наравне со всеми, публикуете на этом портале новые задания и требования своим подчиненным, и делаете это регулярно, каждое утро, при чем старые задачи при этом удаляются, чтобы не получилось путаницы из нагромождения задач. Каждое утро ваши коллеги открывают соответствующую страничку в браузере, и знакомятся со своими задачами на следующий день, при этом требования за предыдущие сутки уже удалены. Точно таким же способом работает и оперативная память. По сути, это некий стек информации, куда записываются служебные рабочие данные операционной системы. При каждом выключении компьютера содержимое ОЗУ удаляется и заполняется заново по мере запуска новых приложений. Объем ОЗУ может варьироваться примерно от 1-2 ГБ до 16-32 ГБ для современных игровых систем, требующих большого количества системных ресурсов. Бывали времена, когда объем RAM составлял и вовсе несколько МБ, но это уже история.

Первой платформой, на которой стала возможной установка чипов DDR4, стала линейка Intel Haswell-E и, соответственно, платформа X99 Express, вышедшие в третьем квартале 2014-го года. На ее основе был выпущен новый флагманский 8-ядерный процессор Core i7-5960X, а первой материнской платой, поддерживающей его, стала ASUS X99-DELUXE. Непременно стоит заметить, что главной фичей этой технологии стала поддержка нового стандарта ОЗУ — DDR4.

Теперь небольшое обращение к историческим фактам. По сути, разработка DDR4 была начата еще в 2005-ом году ассоциацией JEDEC, однако первые устройства на ее основе попали в продажу лишь весной 2014-го. Перед инженерами JEDEC стояла задача достигнуть большего уровня мощности и стабильности по сравнению с DDR3. Более того, была поставлена задача увеличить энергоэффективность следующего стандарта. Впрочем, такие обещания мы слышим буквально в каждом анонсе. Какого же прогресса инженерам удалось на самом деле достичь?

Как и более ранним моделям чипов, DDR4 удалось перенять технологию 2n-prefetch (JEDEC в своих разработках называют ее 8n-Prefetch). Какой-угодно чип памяти нового образца способен вмещать в себя две или четыре дискретные группы банков.

Чтобы посмотреть на реальный пример модуля, давайте поближе взглянем на DDR4-чип вместимостью в 8 гигабайт, оснащенный шиной данных с 4-битным размером. Такая плата вмещает в себя 4 группы банков с 4 банками в индивидуальной группе. В каждом банке расположены 131072 линии объемом в 512 байт каждая. Чтобы было с чем сравнить, давайте повнимательнее рассмотрим соответствующий DDR3-модуль. Подобный чип вмещает в себя лишь 8 автономных банков. Каждый банк содержит 65536 линий, а в каждой линии – 2048 байт памяти. Как вы сами могли заметить, длина каждой из линий модуля DDR4 в четыре раза короче ширины линии DDR3. Это значит, что оперативная память DDR4 выполняет пересмотр банков памяти гораздо быстрее, чем DDR3. Более того, сами банки памяти переключаются намного скорее. Здесь же необходимо заметить, что для каждого индивидуального набора банков предусматривается выбор всевозможных операций (восстановление, извлечение, запись либо активация), что дает возможность увеличить уровень апертуры и эффективности памяти.

Производительность

Существенное нововведение в стандарт DDR4 – применение интерфейса, задействующего топологию под названием «точка-точка», когда в DDR3 применяется шина Multii-Drop. Для чего это необходимо? Внутреннее строение шины Multi-Drop подразумевает эксплуатацию только пары каналов, связывающих модули с контроллером ОЗУ. Когда задействуются сразу четыре порта DIMM, контроллер устанавливает связь с каждой парой плат RAM при участии только одного единственного канала. Такое положение вещей самым негативным образом влияет на эффективность подсистемы оперативной памяти.

В конструкции шины, использующей апертуру «точка-точка», для индивидуального разъема DIMM предусматривается дискретный канал, а именно каждый отдельный модуль станет самым прямым образом присоединяться к контроллеру, не разделяя данный канал ни с кем другим. Похожее инновационное решение мы уже могли наблюдать во время перехода видеокарт от стандарта PCI к PCI Express. Разумеется, представленный подход обладает и собственными недочетами. Так, к примеру, 4-канальные системы окажутся ограничены четырьмя слотами DIMM, а 2-канальные – двумя. Тем не менее, если брать в расчет более значимую вместимость модулей DDR4, это никоим образом не приведет к ограничению пользователей. Более подробно мы поговорим об этом в последующем.

Каждый из модулей оперативной памяти DDR4 с DIMM-разъемом обладает 288 контактами. Число пинов оказалось увеличенным с такой целью, чтобы можно было осуществлять адресацию наибольшего возможного объема RAM. Наибольший объем одного модуля RAM равен 128 ГБ (здесь имеется в виду применение кристаллов вместимостью 8 ГБ и технологии QPD, предназначение которой состоит в размещении четырех чипов в едином корпусе). Довольно вероятным является и задействование 16-ГБ кристаллов с большей вместимостью, а также более емкой упаковки (до 8 кристаллов в едином корпусе). При обозначенных условиях, вместимость одного модуля RAM может быть равна 512 ГБ.

Между прочим, будет увеличена не только вместимость модулей RAM, но и их частота. В пределах стандарта DDR4 действительная частота может составить позиции в 2133 МГц.

Энергоэффективность

С целью понижения потребления энергии и выделения тепла стандарт DDR4 подразумевает еще одно понижение активного напряжения. В этот раз до 1,2 В. В дополнение к этому, в самом чипе показатель напряжения был, в свою очередь, увеличен, а это предоставило возможность гарантировать более скоростной доступ и при аналогичных условиях минимизировать ток утечки. Судя по теоретическим изложениям, общее потребление энергии у DDR4 окажется на 30% ниже, чем у DDR3. Образовавшийся запас компании-производители, наиболее вероятно, станут использовать на рост частоты ОЗУ.

Надежность

Оставшиеся изменения имеют отношение, прежде всего, к надежности девайсов. К примеру, чипы оперативной памяти DDR4 способны собственными усилиями обнаруживать, идентифицировать и фиксить ошибки, которые имеют отношение к управлению четностью команд и адресов. Помимо этого, стандарт DDR4 осуществляет поддержку операции проверки соединений, вследствие которой основной контроллер вправе идентифицировать ошибки, не задействовав инициализирующие цепочки DRAM. В дополнение, оказался дошлифованным регистр памяти. Отныне есть возможность сконфигурировать его таким образом, чтобы блокировались команды, которые содержат ошибки управления четностью. Регистр в предыдущем стандарте, DDR3, не имел подобной функции, и команды, совмещающие ошибки управления четностью, время от времени добирались до чипов RAM, что было одной из первых причин сбоев в функционировании ПК. В дополнение к перечисленным ранее фишкам, новая память DDR4 включает в себя еще ряд вспомогательных опций, которые направлены на усовершенствование надежности подсистемы памяти. Одна из них – это проверка сумм контроля прежде, чем будет осуществлена запись в память.

На сегодняшний день выбор оперативной памяти DDR4 в любом случае становится беспроигрышным вариантом. Чипы уже получили достаточное распространение, чтобы планировать их к покупке. Это отличный задел в производительности компьютера на будущее, а учитывая постоянное снижение цен на модули небольшого объема, такие чипы и вовсе становятся лакомым кусочком. На чипы DDR4 цена варьируется от 2400 рублей за один маломощный модуль объемом 8 ГБ частотой 2133 МГЦ до 5900 рублей за набор из двух чипов объемом по 8 ГБ каждый частотой 2666 МГЦ. Важно отметить, что лучше приобрести два модуля малой мощности, чем один сверхпроизводительный, поскольку пара модулей одинаковой частоты со схожими характеристиками работает в параллельном режиме, что добавляет еще 10-15% к общей скорости работы ПК.

На этом обзор новшеств, которые принесла нам оперативная память DDR4, подходит к концу. Изучив множество описаний и технических характеристик нового стандарта, в теории все выглядит довольно многообещающе. Кроме базовых усовершенствований (более высокие частоты и низкое напряжение), технология стала поддерживать новую шину и ряд инноваций, призванных повысить надежность использования ОЗУ. Последняя абилка из упомянутых особенно полезной будет на поприще серверного сегмента, что уже огромный «плюс» для выполнения корпоративных задач.