iТоги 2004 года — оперативная память

Наряду с дальнейшей «эволюцией» микросхем и модулей памяти DDR (путем увеличения тактовой частоты микросхем, либо снижения задержек), важнейшим событием уходящего года является принятие JEDEC нового стандарта памяти DDR2 (JESD79-2A) и выпуск микросхем и модулей памяти, основанных на этом стандарте. Память DDR2-SDRAM рассматривается как эволюционная замена текущего поколения памяти — DDR, она основана на схожих принципах функционирования — передаче данных по 64-разрядной шине по обеим частям синхросигнала, что обеспечивает удвоенную эффективную скорость передачи данных по отношению к частоте модуля.

Разумеется, стандарт DDR2 не был бы чем-то принципиально новым, если бы в нем не был реализован ряд нововведений, которые позволяют осуществить скачок к гораздо более высоким частотам (большей пропускной способности) и большим емкостям массивов микросхем, а также уменьшенному энергопотреблению модулей. Основные особенности нового стандарта памяти подробно рассмотрены в нашем материале, поэтому остановимся здесь лишь на важнейшей из этих особенностей — изменении схемы выборки данных. Как известно, в стандарте DDR реализована схема 2n-prefetch, что означает выборку 2-х битов за такт по внутренней шине данных (за счет применения мультиплексора/демультиплексора типа 2-1), позволяющую функционировать микросхемам памяти на частоте, вдвое меньшей относительно эффективной частоты внешней шины данных. Так, микросхемы модулей DDR-400 функционируют на частоте 200 МГц. В стандарте DDR2 эта схема заменена правилом 4n-prefetch (т.е. вводится более сложный мультиплексор типа 4-1), имеющая как преимущества, так и недостатки. Преимущества очевидны — выборка 4-х битов за такт позволяет достигать пропускную способность памяти, эквивалентную ПСП равночастотной DDR при вдвое меньшей собственной частоте микросхем памяти (микросхемы модулей DDR2-400 функционируют на частоте 100 МГц), что, в свою очередь, способствует снижению энергопотребления модулей памяти. Но очевидны и недостатки — усложнение схемы преобразования данных непременно сопровождается возрастанием задержек, о чем позже.

Память DDR-400, выборка данных по принципу 2n-prefetch


Память DDR2-400, выборка данных по принципу 4n-prefetch

Стандарт стандартом, но сам по себе он был бы не столь интересным, если бы крупнейшие производители микросхем и модулей памяти не начали бы выпускать микросхемы и модули нового стандарта. Поэтому следует остановиться на самих модулях. Итак, модули памяти типа DDR2 производятся в новом форм-факторе, в виде 240-контактных модулей DIMM, электрически несовместимых со слотами для модулей памяти типа DDR (по количеству выводов, расстоянию между выводами и цоколевке модулей). Таким образом, стандарт DDR2 не предусматривает обратной совместимости с DDR. Микросхемы DDR2 изготавливаются с использованием компактной упаковки типа FBGA (по крайней мере, так рекомендовано стандартом), позволяющей достичь больших емкостей микросхем при меньшем размере и улучшенных электрических и термических характеристиках. Изменилось и потребляемое микросхемами/модулями напряжение — оно снизилось с 2.5 до 1.8В (за счет изменения техпроцесса — перехода на 100- и, позже, на 90-нм технологический процесс), что также способствует снижению потребляемой модулями памяти мощности — обстоятельству, важному как для ноутбуков, так и крупных рабочих станций и серверов.

Первыми модулями памяти стандарта DDR2, увидевшими свет, стали модули типа DDR2-400 и DDR2-533. Причем ряд крупнейших производителей (Kingston, Corsair, Samsung) начали их производить еще за несколько месяцев до официального анонса (и, тем более, реального выхода) первых чипсетов Intel серии 915/925, поддерживающих память данного типа. Другие производители поступили несколько иначе — приурочили анонс своих модулей DDR2 к анонсу вышеназванных чипсетов Intel (сюда относятся GeIL, KINGMAX, OCZ и... те же Kingston с модулями DDR2-533 и Corsair с модулями серии XMS2 — DDR2-667, знаменующих преодоление частотного рубежа в 533 МГц). Ближе к концу года 667-МГц модули DDR2 появились и в серии продуктов Kingston (с маркировкой 675 МГц) и Samsung (с весьма забавной маркировкой — 711 МГц :) ). Более того, наметились первые шаги к достижению 400-МГц частоты внешней шины данных (DDR2-800) — для начала, успешные «оверклокерские» эксперименты по разгону модулей DDR2-667 OCZ и Corsair, а далее — готовность к выпуску «полноценных» микросхем DDR2-800, на сей раз — от Elpida.

Скорость компонента	Скорость модуля	Частота шины	Скорость передачи данных	Пропускная способность модуля
				одноканальный режим	двухканальный режим
DDR2-400	PC2-3200	200 МГц	400 МТ/с	3.2 ГБ/с	6.4 ГБ/с
DDR2-533	PC2-4300	266 МГц	533 МТ/с	4.3 ГБ/с	8.6 ГБ/с
DDR2-667	PC2-5300	333 МГц	667 МТ/с	5.3 ГБ/с	10.6 ГБ/с
DDR2-800	PC2-6400	400 МГц	800 МТ/с	6.4 ГБ/с	12.8 ГБ/с

Таким образом, серьезных проблем с достижением более высоких частот модулей памяти, а следовательно — и более высокой пропускной способности, у производителей микросхем и модулей памяти нет. Что, вообще говоря, неудивительно — учитывая, что микросхемы DDR2 функционируют на частоте, в четыре раза меньшей по сравнению с эффективной частотой внешней шины данных. Другое дело — насколько оправдано такое увеличение частоты? Давайте рассмотрим. Проведенные нами первые тесты модулей памяти DDR2-533 в двухканальном режиме с первыми чипсетами Intel 915P/G и 925X показали... полную бессмысленность увеличения частоты шины памяти до 266 МГц (533 МГц DDR). Почему? Да потому что пиковая пропускная способность процессорной шины, функционирующей на 200 МГц в режиме Quad-Pumped Bus, равна всего 6.4 ГБ/с. Тогда как пиковая пропускная способность DDR2-533 в двухканальном режиме - 8.6 ГБ/с. Очевидно, что пропускная способность любой подсистемы всегда лимитируется пропускной способностью самого медленного компонента — это аксиома. В данном случае — ПС системной шины. Вот и получается, что реальная ПС DDR2-533 в двухканальном режиме ничуть не лучше ПС... обычной DDR-400! А как насчет латентности памяти? Как нетрудно догадаться, у DDR2-533 она выше, чем у DDR-400. Во-первых, за счет таймингов памяти — типичными для DDR2-533 являются тайминги 4-4-4. Для DDR-400 — обычно не более чем 2.5-3-3. Во-вторых, за счет асинхронного режима ее работы. Какой же отсюда можно сделать вывод? А такой, что на данный момент, для нынешнего поколения чипсетов с 200-МГц частотой FSB (каковых по-прежнему большинство) память типа DDR2 просто не нужна. DDR2-400, из общих соображений, вообще ничуть не лучше, и даже хуже DDR-400. DDR2-533 способна на большее, но раскрыть ее потенциал с первыми чипсетами 915/925-й серии нам удалось только в одноканальном режиме, оправданность которого нам кажется весьма сомнительной (вряд ли кто-то станет покупать систему с одноканальной DDR2-533 как альтернативу системе с двухканальной DDR-400). Про DDR2-667 (800) вообще говорить не приходится.

Положение DDR2 могло бы сохраняться весьма неважным, если бы не анонс нового чипсета Intel 925XE, который был представлен корпорацией в ноябре уходящего года — первого чипсета, поддерживающего 266-МГц системную шину (по сути, это просто доработанный вариант 925X — ничего нового в 925XE, кроме 266-МГц шины, нет). А вместе с ним — и слегка «доработанную» версию процессора Pentium 4 Extreme Edition (на ядре Gallatin, он же Northwood с L3-кэшем) с тактовой частотой 3.46 ГГц, рассчитанного как раз на 266-МГц частоту FSB. Тем не менее, первые тесты этой связки «двух XE» (P4XE + i925XE) оказались неутешительными — прирост в ПСП оказался далеко не столь значительным, правда, что приятно, снизилась латентность — за счет перевода подсистемы памяти в синхронный с процессорной шиной режим. На сей раз виновником оказался... процессор, точнее — его ядро. Потому как, чтобы выжать максимум из подсистемы памяти, одной частотой FSB не обойдешься. Важна еще и эффективность реализации подсистемы процессора, осуществляющей обмен данными с оперативной памятью — Bus Interface Unit (BIU), а также алгоритмов аппаратной и программной предвыборки (Hardware/Software Prefetch). Которые у Northwood/Gallatin реализованы заметно хуже, чем у Prescott. Но вот беда — процессоров Pentium 4 с этим ядром на 266-МГц шине пока нет, и не предвидится. Выход один, и он, конечно же, был найден нами — разогнать имеющийся Prescott с 200-МГц шиной. Получился своеобразный процессор будущего — Pentium 4 3.73 ГГц. Проведенные тесты памяти DDR2-533 с этим процессором наконец-то позволили полностью раскрыть ее потенциал — прежде всего, положенную ей ПСП. Но заметим: только DDR2-533 (о DDR2-667 уже говорить не приходится — для раскрытия ее потенциала потребуется 333-МГц(!) процессорная шина), и только с разогнанным процессором. Таким образом, перспективы у верхних моделей DDR2 — 667- и готовящихся к выпуску 800-МГц вариантов, по-прежнему... сомнительны, точнее — вообще отсутствуют. Конечно же, их можно использовать в одноканальном режиме, но кто этим будет заниматься, когда есть DDR-400, прекрасно работающая в двухканальном режиме и обладающая гораздо лучшими характеристиками по сравнению с «одноканальной» DDR2-667/800?

¹Методику измерения см. в статье «DDR2 — грядущая замена DDR. Теоретические основы и первые результаты низкоуровневого тестирования»
²Конфигурацию тестового стенда см. в статье «DDR2 vs DDR. Результаты тестирования в одноканальном режиме»
³Конфигурацию тестового стенда см. в статье «Раскрываем потенциал DDR2-533. Часть 2: частота FSB 266 МГц, процессор Intel Pentium 4 Prescott»

Вот, пожалуй, и все, что мы хотели бы сказать на данный момент о DDR2 (сводная таблица с результатами тестов приведена выше). Напоследок, не обойдем стороной и индустрию DDR-памяти, по-прежнему развивающуюся и процветающую. Разумеется, о стандартизации (по аналогии с DDR2) здесь говорить не приходится — стандарты оверклокерской памяти в этом году не принимались, и вряд ли вообще будут когда-либо приняты JEDEC. Но зато как широк спектр этой продукции — встречаются модули DDR-433, -466 (PC3700), -500 (PC4000), -533 (PC4300, иногда PC4200), и даже -550 (PC4400). Среди крупнейших производителей оверклокерских модулей этого года можно отметить OCZ Technology, Kingston, Corsair и GeIL, приятно также отметить выход российской продукции под маркой DIGMA. Своеобразно порадовала потребителей компания KINGMAX, анонсировав серию цветных модулей памяти. Тенденции в области DDR можно наметить две — с одной стороны, это увеличение частот функционирования микросхем памяти (т.е. снижения времени доступа), с другой — снижение задержек (выпуск модулей с более низкими таймингами, зачастую рассчитанных на воистину экстремальные значения питающего напряжения — вроде 3.2 В!). Нетрудно догадаться, что эти две тенденции тесно связаны между собой. На данный момент, выпуск высокочастотных модулей DDR интересен лишь любителям разгона «любой ценой» — прежде всего, путем завышения частоты системной шины далеко за пределы спецификации процессора/чипсета. Ибо появление чипсетов/системных плат, рассчитанных на штатную частоту системной шины более 200 МГц только ради нестандартной оверклокерской памяти выглядит весьма маловероятным событием. Ну разве что найдутся производители, которые решат выпустить системные платы на чипсете Intel 925XE с одновременной поддержкой памяти DDR2 и DDR (по аналогии с «гибридными» системными платами на 915-й серии чипсетов), и только тогда модули DDR-533 могут стать хорошей альтернативой модулям DDR2-533.