1.5.3 Синхронная память (sdram)

Согласно спецификации SDRAM все команды и об­мен данными по шине памяти проходят синхронно с тактовыми импульсами системной шины. Поэтому все Циклы внутри операции имеют одинаковую продол­жительность. Помимо этого стандарт синхронной памяти определяет параметры работы с банками памяти и режимы пакетной передачи данных. Дополнительно вве­ден так называемый «регистр режима», выставляемый на значения, принятые по умолчанию, при подаче питания на модуль памяти.

В ходе работы с его помощью могут меняться параметры пакетного режи­ма (последовательный или с чередова­нием), размеров пакетов (от однораз­рядного до полностраничного) и вели­чина задержки CAS. (CAS – строб (сигнал) обращения к столбцу). При этом величина задержки CAS определяется как время, необходимое для стробирования адресной строки и активации банка памяти.

1.5.4 Технологии увеличения быстродействия памяти ddr

Тип памяти DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM — синхронная память с удвоенной передачей данных) явля­ется улучшенным вариантом архитектуры SDRAM, поэтому иногда встреча­ется другое название этого типа памяти - SDRAM-II. Микросхемы типа DDR SDRAM могут передавать и принимать данные по восходящему и нисходяще­му уровням сигнала шины, в отличие от обычной памяти типа SDRAM, которая передает данные только по восходяще­му уровню сигнала. При этом команды и адреса в DDR SDRAM все равно пере­даются по восходящему фронту.

Память типа DDR SDRAM обеспечи­вает максимальную (пиковую) полосу пропускания только в случае передачи единых массивов данных. При работе с разрозненными данными производи­тельность резко падает, однако все рав­но превосходит показатели обычной SDRAM. Максимальная величина поло­сы пропускания DDR SDRAM достигает 2,1 Гбайт/с при частоте системной шины 133 МГц. В принципе, переход на более жесткие технологические нормы (0,18 и 0,13 микрон) позволяет поднять частоту до 200 МГц, а затем и до 400 МГц, что обеспечит пиковую пропускную способность 3,2 Гбайт/с и 6,4 Гбайт/с соответственно.

Еще осенью 1997 г. компания Samsung представила первые образцы модулей DIMM, созданных по технологии DDR SDRAM. Модули выполнены в тех же размерах, что и DIMM, но имеют 184 контакта, один ключ (вырез в нижней части платы) и рассчитаны на напря­жение питания 2,5 В. Таким образом, с существующими разъемами DIMM они не совместимы. Кроме того, пока име­ется ограниченное число системных наборов, поддерживающих память DDRSDRAM, например VIA Apollo Pro266, а также от фирм ALi и SiS.

Вместе с тем, память типа DDR SDRAM начали широко использовать производители видеокарт, особенно на базе чипсетов серии GeForce, требующих наивысшей пропускной способности шины памяти.

А вот от компании Intel мы подноценной поддержки DDR SDRAM вряд ли скоро дождемся, так как все ее силы брошены на продвижение технологии DR DRAM. Видимо, Intel удалось внед­рить DRDRAM на платформы серверов, но в сфере массовых компьютеров окончательная победа DDR SDRAM сей­час представляется более вероятной.

1.5.5 Технологии увеличения быстродействия памяти dr dram

Технология Direct Rambus DRAM пре­дусматривает совершенно новый под­ход к построению архитектуры подси­стемы памяти. Во-первых, разработан специальный интерфейс Rambus для подключения модулей памяти к кон­троллеру. Во-вторых, модули памяти соедине­ны с контроллером специальными ка­налами с шириной шины данных 18 (16+2) бит и шины управления 8 бит. В третьих, разработаны новые модули памяти RIMM.

Каждый канал Rambus способен под­держивать до 32 банков и теоретически может работать на частоте до 800 Мгц. Рабочая частота канала задается собственным генератором подсистемы па­мяти. Таким образом, часть подсистемы памяти работает независимо от такто­вых частот остальных компонентов материнской платы.

К контроллеру можно подключить несколько каналов Rambus. Сам кон­троллер работает на частоте до 200 Мгц, которая определяется уже частотой системной шины. Пока такие значения доступны только для систем на базе процессоров Athlon фирмы AMD.

Рис. 1.2 – Принципиальная схема подсистемы памяти Rambus

Емкость серийно выпускаемых моду­лей Rambus DRAM составляет 64 Мбайт, 128 Мбайт и 256 Мбайт, в дальнейшем ожидаются изделия по 1 Гбайт. Так как использование 9-го бита на каждый байт данных оставлено на усмотрение производителя, одни фирмы вводят функцию ЕСС, другие увеличивают ем­кость чипов. В последнем случае полу­чаются модули емкостью 72 Мбайт, 144 Мбайт или 288 Мбайт.

Сегодня тактовая частота DR DRAM составляет 400 МГц, однако данные передаются по обоим фронтам сигнала, поэтому можно считать, что скорость обмена удвоена и достигает 800 МГц. Если к контроллеру подключены два канала, теоретически пиковая пропуск­ная способность достигает 3,2 Гбайт/с. Но этот показатель достижим только в теории и для огромных массивов дан­ных.

На практике начинают проявляться недостатки технологии Rambus, свя­занные с ее архитектурой. Например, если операция записи данных должна следовать за операцией чтения, кон­троллер вынужден генерировать задерж­ку, величина которой зависит от физи­ческой длины проводников канала

Rambus. Если канал короткий, задержка составит всего один такт (на частоте 400 МГц около 2,5 нс). В худшем случае при максимально длинном канале, ве­личина задержки достигает 12,5 нс. К этому следует прибавить задержки генерируемые в самих циклах чтения/записи, поэтому общий итог выглядит уже не столь радужно даже в сравнении с модулями SDRAM.

Другими недостатками, критически важными для пользователя, являются придуманные производителем режимы управления питанием модулей. Если напряжение питания 2,5 В стало практи­чески стандартом для всех новых тех­нологий памяти DRAM, то режимы ра­боты Active (активный), Standby (ожи­дания), NAP («спящий») и PowerDown (отключение питания) — собственное изобретение Rambus. Самое интерес­ное, что микросхема, не обменивающа­яся в текущий момент данными с кон­троллером, автоматически переводит­ся в режим ожидания, иначе возможен перегрев системы, так как тактовые ча­стоты весьма высоки. На переключение же из режима Standby в активное состо­яние требуется 100 нс.

Микросхемы памяти на модулях RIMM вынуждено закрыты защитным кожу­хом из-за проблем с электромагнитной индукцией и интенсивным тепловыде­лением. Rambus рекомендует накры­вать группу разъемов RIMM на мате­ринской плате специальной конструкцией, призванной обеспечить правильное направление обтекающих потоков воздуха. Видимо, только боязнь унич­тожающей критики не позволила Rambus рекомендовать установку от­дельного вентилятора для охлаждения модулей RIMM, что на самом деле было бы далеко не лишним.

Таким образом, реальная пропускная способность DR DRAM существенно ниже заявленных Rambus значений. После появления системного набора Intel 820 с поддержкой DR DRAM были проведены сравнительные тесты с дру­гими типами памяти. Оказалось, что на большинстве реальных задач DR DRAM уступает даже SDRAM, работающим на частоте 133 МГц. В значительной мере это объясняют более узкой шиной дан­ных канала Rambus (16 бит) по сравне­нию с 64-битной шиной SDRAM. С по­явлением чипсета VIA Apollo Рго2бб, поддерживающего DDR DRAM, карти­на для Rambus и Intel становится вовсе безрадостной.

Надо отдать должное инженерам Rambus: реагируя на критику, они при­няли так называемую «инициативу 4i». В рамках этой программы уменьшается число банков в микросхемах DR DRAM, все они становятся независимыми. Кроме того, улучшены тепловые пара­метры модулей RIMM. Справедливости ради заметим, что на мощных специа­лизированных системах память DR DRAM зарекомендовала себя хорошо. В частности, в графических станциях Silicon Graphics Indigo² IMPACT исполь­зуется шестиканальная система памяти iambus DRAM с пиковой пропускной способностью 3 Гбайт/с. Фирма Intel сделала надлежащие выводы из опыта эксплуатации первых систем с памятью Rambus DRAM и практически ликвидировала «детские болезни» контроллера и шины в чипсете Intel 850 для процессора Pentium 4. Все тесты, связанные с обработкой более-менее однородных массивов данных, показывают преимущество платформы Pentium 4+Intel 850+Rambus DRAM даже над новейшими системами с памятью DDR SDRAM, например VIA P4X266. Так что для «тяжелых» задач память DR DRAM вполне отвечает своему назначению.