Многообразие типов видеопамяти




Вводная часть

Один из компонентов компьютера, от которого требуется наибольшая производительность, это графический контроллер, являющийся сердцем всех мультимедиа систем. Фраза требуется производительность означает, что некоторые вещи происходят настолько быстро, насколько это обеспечивается пропускной способностью. Пропускная способность обычно измеряется в мегабайтах в секунду и показывает скорость, с которой происходит обмен данными между видеопамятью и графическим контроллером.

На производительность графической подсистемы влияют несколько факторов:

  • скорость центрального процессора (CPU)
  • скорость интерфейсной шины (PCI или AGP)
  • скорость видеопамяти
  • скорость графического контроллера

Для увеличения производительности графической подсистемы настолько, насколько это возможно, приходится снижать до минимума все препятствия на этом пути. Графический контроллер производит обработку графических функций, требующих интенсивных вычислений, в результате разгружается центральный процессор системы. Отсюда следует, что графический контроллер должен оперировать своей собственной, можно даже сказать частной, местной памятью. Тип памяти, в которой хранятся графические данные, называется буфер кадра (frame buffer). В системах, ориентированных на обработку 3D-приложений, требуется еще и наличие специальной памяти, называемой z-буфер (z-buffer), в котором хранится информация о глубине изображаемой сцены. Также, в некоторых системах может иметься собственная память текстур (texture memory), т.е. память для хранения элементов, из которых формируются поверхности объекта. Наличие текстурных карт ключевым образом влияет на реалистичность изображения трехмерных сцен.

Появление насыщенных мультимедиа и видеорядом приложений, так же, как и увеличение тактовой частоты современных центральных процессоров, сделало невозможным и дальше использовать стандартную динамическую память со случайным доступом (DRAM). Современные мультимедиа контроллеры требуют от основной системной памяти большей пропускной способности и меньшего времени доступа, чем когда-либо ранее до этого. Идя навстречу новым требованиям, производители предлагают новые типы памяти, разработанные с помощью обычных и революционных методов. Впечатляющие усовершенствования делают проблему правильного выбора типа памяти для приложения особенно актуальной и сложной.

Производители улучшили технологии и создали новые архитектуры в ответ на требования более высоких скоростей работы памяти. Широкий выбор новых типов памяти ставит перед производителем видеоадаптеров проблему, для какого сегмента рынка или каких приложений выбрать тот или иной тип.

Под воздействием требований перемен полупроводниковая индустрия предлагает множество новых интерфейсов. Некоторые объединили в себе свойства существующих интерфейсов с ограниченным набором изменений, другие имеют совершенно новый дизайн и оригинальную архитектуру.

Существующие типы памяти, доступные производителям видеоадаптеров, перечислены в нижеследующей таблице.

Тип Свойства Резюме
3D RAM Встроенные вычислительные средства и кэш-память, реализованные на уровне чипа. Высокая оптимизация для использования при выполнении трехмерных операций. Технология рабочих станций для обработки 3D графики, которая обеспечивает таким платам, как Diamond Fire GL 4000 дополнительное увеличение производительности. Контроллер RealIMAGE обеспечивает продвижение этой технологии на рынок настольных компьютеров.
Burst EDO Дополнительный пакет регистров обеспечивает быстрый вывод строки из последовательных адресов. Долгое время ожидания, если следующий адрес не является соседним в последовательности.
CDRAM Предшественник 3D RAM со встроенным в микросхему кэшем. Работает с внешним контроллером кэш-памяти. Идеально приспособлен быть основой для текстурной памяти и может быть органичным дополнением памяти типа 3D RAM с ее высокой пропускной способностью, например, в адаптере Diamond Fire GL 4000. Контроллер RealIMAGE обеспечивает продвижение этой технологии на рынок настольных компьютеров.
DRAM Относится к группе промышленных стандартов. Дальнейшие совершенствования технологии DRAM основываются на низкой стоимости производства, но также произошло существенное увеличение пропускной способности. За два цикла данные считываются в и из памяти. На основе этой технологии производятся некоторые из самых распространенных типов памяти.
EDO DRAM Использует стандартный интерфейс DRAM, но передача данных в и из памяти происходит с более высокой скоростью (или на более высокой частоте). Улучшение производительности достигается за счет дополнительного внешнего чередования данных графическим контроллером (интерливинг). В зависимости от графического контроллера может иметь производительность на уровне более дорогой двухпортовой технологии памяти, такой, как VRAM, использующейся в графических контроллерах для систем на базе ОС Windows.
MDRAM Высокая пропускная способность, низкие задержки по времени, мелкоячеистость. Компания Tseng Labs разработала контроллер, который смог использовать все преимущества архитектуры этой памяти. В среде DOS были достигнуты отличные результаты, в среде Windows всего лишь удовлетворительные.
RDRAM Возможный претендент на широкое распространение и принятие в качестве стандарта на память с высокой производительностью. Поддерживается ограниченным числом графических контроллеров, но со временем ситуация может измениться.
SDRAM Производится по стандартам JEDEC, имеет большую производительность, чем DRAM. Чаще используется в качестве основной системной памяти, нежили в графических адаптерах.
SGRAM Производится по стандартам JEDEC, разновидность SDRAM, однопортовая. Производительность оптимизирована для графических операций, но при этом имеет характеристики, свойственные для высокоскоростной памяти, позволяющие использовать этот тип памяти для хранения текстур и z-буферизации. Снабжена уникальными свойствами, большими и лучшими, чем у SDRAM, обеспечивающих высокую скорость обработки графики. Идеально подходит для графических адаптеров с одним недорогим банком памяти, использующимся для 2D/3D графики и цифрового видео.
VRAM Технология двухпортовой памяти, которая все еще остается лучшим решением для создания буферов кадра с высокой производительностью. Не является дешевым решением, но для приложений, которым требуется разрешение 1280х1024 при истинном представлении цвета (True color), особенно с двойной буферизацией, это лучший из доступных выборов.
WRAM Высокоскоростная, двухпортовая технология памяти, используемая только двумя производителями видеоадаптеров — компаниями Matrox и Number Nine. Этот тип памяти изготавливает один производитель — Samsung. По своему дизайну этот тип памяти аналогичен VRAM и RDRAM. Нестандартный тип памяти, требующий использования специальной технологии в контроллерах. Технология изготовления таких контроллеров запатентована, следовательно, не является общедоступной.


Для чего используется видеопамять?

Скорость, с которой информация поступает на экран, и количество информации, которое выходит из видеоадаптера и передается на экран — все зависит от трех факторов:

  • разрешение вашего монитора
  • количество цветов, из которых можно выбирать при создании изображения
  • частота, с которой происходит обновление экрана
Разрешение определяется количеством пикселов на линии и количеством самих линий. Поэтому на дисплее с разрешением 1024х768, типичном для систем, использующих ОС Windows, изображение формируется каждый раз при обновлении экрана из 786,432 пикселов информации.

Обычно частота обновления экрана имеет значение не менее 75Hz, или циклов в секунду. Следствием мерцания экрана является зрительное напряжение и усталость глаз при длительном наблюдении за изображением. Для уменьшения усталости глаз и улучшения эргономичности изображения значение частоты обновления экрана должно быть достаточно высоким, не менее 75 Hz.

Число допускающих воспроизведение цветов, или глубина цвета — это десятичный эквивалент двоичного значения количества битов на пиксел. Так, 8 бит на пиксел эквивалентно 28 или 256 цветам, 16-битный цвет, часто называемый просто high-color, отображает более 65,000 цветов, а 24-битный цвет, также известный, как истинный или true color, может представить 16.7 миллионов цветов. 32-битный цвет с целью избежания путаницы обычно означает отображение истинного цвета с дополнительными 8 битами, которые используются для обеспечения 256 степеней прозрачности. Так, в 32-битном представлении каждый из 16.7 миллионов истинных цветов имеет дополнительные 256 степеней доступной прозрачности. Такие возможности представления цвета имеются только в системах высшего класса и графических рабочих станциях.

Ранее настольные компьютеры были оснащены в основном мониторами с диагональю экрана 14 дюймов. VGA разрешение 640х480 пикселов вполне и хорошо покрывало этот размер экрана. Как только размер среднего монитора увеличился до 15 дюймов, разрешение увеличилось до значения 800х600 пикселов. Так как компьютер все больше становится средством визуализации с постоянно улучшающейся графикой, а графический интерфейс пользователя (GUI) становится стандартом, пользователи хотят видеть больше информации на своих мониторах. Мониторы с диагональю 17 дюймов становятся стандартным оборудованием для систем на базе ОС Windows, и разрешение 1024х768 пикселов адекватно заполняет экран с таким размером. Некоторые пользователи используют разрешение 1280х1024 пикселов на 17 дюймовых мониторах.

Современной графической подсистеме для обеспечения разрешения 1024x768 требуется 1 Мегабайт памяти. Несмотря на то, что только три четверти этого объема памяти необходимо в действительности, графическая подсистема обычно хранит информацию о курсоре и ярлыках в буферной памяти дисплея (off-screen memory) для быстрого доступа. Пропускная способность памяти определяется соотношением того, как много мегабайт данных передаются в память и из нее за секунду времени. Типичное разрешение 1024х768, при 8-битной глубине представления цвета и частоте обновления экрана 75 Hz, требует пропускной способности памяти 1118 мегабайт в секунду. Добавление функций обработки 3D графики требует увеличения размера доступной памяти на борту видеоадаптера. В современных видеоакселераторах для систем на базе Windows типичен размер установленной памяти в 4 Мб. Дополнительная память сверх необходимой для создания изображения на экране используется для z-буфера и хранения текстур.

Стандартные архитектуры

Первые чипы памяти, пригодные для использования в компьютерной графике, были микросхемы DRAM. DRAM является энергозависимой памятью. Электрический заряд в каждой из ячеек памяти оставляет нулевой или единичный бит данных. Заряд каждой ячейки должен непрерывно обновляться с целью избежать потери электрического сигнала со временем, в следствии чего теряются хранящиеся в памяти данные. Требуется два цикла вычислений для считывания данных в память и из нее.

VRAM была разработана в качестве альтернативы DRAM и была призвана преодолеть ограничения по производительности за счет считывания и записи данных из банков памяти за один цикл. В то же время использование VRAM требует наличия специального контроллера, разработанного для использования именно с этим типом памяти. Рынок обоих типов памяти четко сегментирован. VRAM все еще используется в подсистемах, рассчитанных на очень высокое разрешение, в которых очень важна возможность работы с 24-битным представлением цвета (например в системах CAD, верстки и цветоделения). Память типа DRAM используется в стандартных графических подсистемах, рассчитанных, в основном, на офисное применение (электронные таблицы, текстовые процессоры). Однако экзотические типы памяти все больше и больше используются вместо VRAM и DRAM в их традиционных областях применения. Все более отчетливо можно видеть, что для разных приложений предлагается использовать разные типы памяти.

Улучшения в архитектуре DRAM заключались в увеличении производительности за счет ускорения разными путями скорости выполнения циклов чтения и записи. Типы памяти Fast Page Mode DRAM (FPM DRAM), Extended Data Out (EDO DRAM), Fast EDO DRAM и Burst EDO могут служить примерами эволюции архитектуры DRAM. Эта традиционная, хотя и работающая быстрее, архитектура DRAM требует небольших или вообще не требует изменений в интерфейсе графического процессора для использования в видеоподсистеме.

Ускорение работы этих типов памяти достигается за счет увеличения частоты, с которой происходят циклы чтения и записи DRAM. Время, требуемое на снаряжение зарядом конденсатора ячейки памяти DRAM, является физическим ограничением. Для преодоления этого ограничения DRAM, производители размещают высокопроизводительный буфер памяти между блоком памяти и графическим процессором. Это обеспечивает возможность увеличения пропускной способности за счет организации сквозной очередности данных для всех блоков памяти, даже несмотря на то, что память DRAM может быть недостаточно быстрой для обработки данных, приходящих от процессора. Этот эффект можно сравнить с быстрым входом массы людей в метро, когда несколько турникетов обслуживают сразу группу пассажиров. Вы можете наблюдать пакетное перемещение, когда за промежуток времени, требуемый для прохода через турникет одному человеку, происходит перемещение сразу нескольких пассажиров. В результате пропускная способность становится гораздо выше. В улучшенных архитектурах DRAM оптимизированы потоки информации в и из буфера, что обеспечивает оптимизацию потока данных из памяти и обеспечивает обновление содержимого ячеек памяти с большей, нежели нормальная, скоростью. В итоге, видно, что главной целью улучшений архитектуры было снижение времени ожидания, требуемого данным для записи в память и считывания из нее.

Новые типы памяти

Новые экзотические технологии памяти предлагают лучшую производительность по сравнению с DRAM и более выгодную цену, чем у VRAM. Скорейшее внедрение этих новых типов памяти напрямую зависит от появления графических подсистем, которые их поддерживают. Скорость не является главным критерием. Большое число производителей и низкая стоимость, обусловленная массовым производством чипов памяти в больших количествах, обеспечивают конкурентоспособные цены.

3D RAM и CDRAM

Создателем памяти типа 3D RAM является компания Mitsubishi, которая впоследствии оптимизировала ее для процессов визуализации изображений в 3D графике с помощью дополнительно встроенных в чип блоков арифметической логики (arithmetic logic unit — ALU), сравнения, видеобуферов последовательного доступа к памяти (serial access memory — SAM) и других функций.

3D RAM имеет двухпортовую архитектуру, аналогичную VRAM. Этот тип памяти имеет некоторое количество встроенной развитой логики и вычислительную мощность, которые обеспечивают параллелизм операций. Параллелизм операций — это то, как чип справляется со своей работой при пиковой загруженности ширины полосы пропускания. Кроме этого, огромную помощь в обеспечении высокой производительности 3D RAM оказывают встроенные буферы. Память 3D RAM являет собой великолепную комбинацию лучших свойств архитектур VRAM, DRAM и embedded memory (встраиваемой памяти).

Память типа CDRAM (Cached DRAM — кэшированная память) cостоит из 4Mbit и 16Mbit DRAM и 16Kbit SRAM (кэш), отсюда и название. CDRAM используется в качестве текстурной памяти. При размещении элементов текстур (texels) в кэше минимизируется время случайного чтения текселов и обеспечивается прирост производительности. Скорость передачи необходимых для наложения текстурных элементов, текселов, из которых и состоят текстуры из памяти CDRAM, достигает 800 Мб в секунду. CDRAM специально оптимизирована для минимизации случайных перемещений текстурных данных между графическим контроллером и памятью.

Память типа CDRAM имеет организацию:

  • 256K x 16 (512Kb) M5M4V4169TP/RT-15 и -12
  • 256K x 16 (512Kb) M5M4V4169CTP/RT-15, -12 и -10
  • 1M x 16 (2Mb) M5M4V16169TP/RT-12 и -10
Чипы поставляются в корпусах типа TSOP II — Thin Small Outline Package тип II, 70 pin (400 mil = ~1.1 cm), 3.3V. На одном модуле размещается 4Мб или 16Мб. Память CDRAM имеет 128 битную внутреннею шину данных и 16 битную внешнюю шину данных и работает на частотах 66/83/100 MHz — SRAM и 33/42/50 MHz — DRAM, при синхронизированных операциях. Время доступа с произвольной выборкой к SRAM и буферу составляет 15ns-10ns. Дополнительный прирост производительности достигается за счет применения конвейера блочной передачи данных из страницы DRAM в и из SRAM. При этом SRAM и DRAM функционируют независимо друг от друга. Имеются несколько настраиваемых режимов вывода данных: сквозной, буферизованный и с фиксацией.

CDRAM используется в качестве текстурной памяти и для кэширования высокоскоростных жестких дисков с интерфейсом Fibre Channel.

Оба типа памяти, CDRAM и 3D RAM, используются в комбинации с чипсетом 3Dpro от компании Mitsubishi, сделанного по технологии REALimage компании Evans & Sutherland.

MDRAM

Многобанковая (Multibank) DRAM, или MDRAM, организована в виде большого массива независимых банков памяти с высокой пропускной способностью. Банки памяти MDRAM организованы вокруг внутренней, высокоскоростной общей шины внутри чипа памяти. Чрезвычайно большой объем данных может передаваться по этой шине. Каждый банк памяти вдоль шины также способен обрабатывать большой объем данных. Представьте себе узкое место на шоссе со множеством ответвлений. Каждое из ответвлений имеет много полос. Попадая на шоссе, большое количество данных может выбраться с него через множество широких ответвлений. Чем больше данных может передаваться из основной шины, тем больше данных может перемещаться по ней, поступая в другие банки памяти. Это способ, с помощью которого достигается увеличение пропускной способности памяти в архитектуре MDRAM. Главная выгода от использования памяти типа MDRAM — это возможность получить пиковую пропускную способность в 800 Мб/с. Разработчиком памяти типа MDRAM является компания MoSys. Единственной компанией, которая сделала контроллер для этой памяти, была компания Tseng Labs. Эта же компания выпустила графические чипсеты ET6000 и ET6100, имеющие встроенный контроллер, обеспечивающий интерфейс для работы с MDRAM. В декабре 1997 года компания Tseng Labs была куплена корпорацией ATi Tech. Вероятно, перспективные разработки Tseng Labs, в частности 128 разрядный чипсет ET6300 с поддержкой функций 3D графики, лягут в основу нового 128 разрядного графического процессора ATi Tech.

RDRAM

Компания Rambus для своего типа памяти RDRAM использует собственную внутреннюю шину для оперирования потоками с большим количеством данных. Новая технология позволяет чипам DRAM и контроллерам передавать данные со скоростью 500 мегабайт в секунду по каналу Rambus (Rambus Channel). Канал представляет собой узкую, шириной в байт, шину данных внутри чипа. Контроллер, управляющий каналом Rambus, включает в себя Rambus ASIC cell (ячейка со специализированной интегральной схемой Rambus — RAC), которая обеспечивает электрический и логический интерфейс для памяти RDRAM. Теоретически графический контроллер с RAC может поддерживать до четырех каналов Rambus, если они будут доступны. В этом случае станет возможным обеспечить пропускную способность до 2 гигабайт в секунду. Архитектура графического контроллера с RAC состоит из нескольких частей: самого контроллера и одного или двух DRAM компонентов. Возможность изменения количества составных частей является одним из преимуществ технологии Rambus. Другим достоинством является высокая пропускная способность каждого канала Rambus. Чем больше доступно каналов, тем быстрее работает память RDRAM.

В августе 1998 г. Samsung объявил об окончании разработки 64-Мбит модулей Rambus DRAM и о готовности к их массовому производству. Чип производится по технологии 0.23мкм и работает со скоростью 0.9-1Ггц. Это примерно в 10 раз быстрее нынешней PC-100 памяти. Samsung полон энтузиазма и планирует к 2000 году захватить около половины рынка памяти для PC.

SGRAM/SDRAM

Не так давно появившиеся на рынке синхронная DRAM (Synchronous DRAM — SDRAM) и синхронная графическая память (Synchronous Graphics RAM — SGRAM) являются высокопроизводительными наследниками памяти типа DRAM. Принцип, по которому работает SDRAM, можно сравнить с тем, как движется автомобиль по длинной дороге с множеством светофоров. Если на каждом перекрестке загорается красный свет, машина должна остановиться, а затем вновь начать движение. Если бы был способ, с помощью которого на пути следования встречалось бы как можно больше зеленых сигналов светофора, поездка была бы плавной и быстрой. SDRAM имеет средства, гарантирующие, что входящим и исходящим данным потребуются небольшие временные задержки по сравнению с задержками при передаче данных через стандартную DRAM, необходимые для синхронизации всех элементов и строк данных внутри чипа памяти. В реализации SGRAM разработчики пошли еще дальше, определяя количество перекрестков на нашей воображаемой улице, чтобы еще больше оптимизировать движение по сравнению с SDRAM. В обоих случаях скорость перемещения данных увеличивается за счет полного контроля за временными издержками, требующимися различным элементам чипов памяти для функционирования. SDRAM и SGRAM имеют потенциальную возможность полностью заменить стандартную память DRAM. Эти типы памяти имеют простую архитектуру и не требуют слишком много специализированных управляющих схем. Со временем стоимость SDRAM и SGRAM будет на уровне или ниже чипов DRAM. И это заметно невооруженным взглядом, стоит лишь вспомнить о динамике изменения цен на память за последний год. Этому способствовало наличие множества поставщиков, массовое производство и появление промышленных стандартов и спецификаций. Несомненными преимуществами SDRAM и SGRAM, по сравнению с DRAM, является большая пропускная способность и емкость чипов памяти.

Embedded RAM

Встраиваемая память. Мы уже определили, что главная цель при создании новых типов памяти, — это передать данные в память и извлечь их оттуда так быстро, насколько это возможно. Соединение между чипами контроллера и чипами памяти является большим источником задержек по времени или замедлений из-за того, что данным требуется время на перемещение между памятью и контроллером. Один из путей для минимизации физических ограничений устройств памяти, это разместить память в том же чипе, что и контроллер, т.е. внутри полупроводника. Когда так сделано, то этот тип памяти называется Embedded RAM. В микропроцессорах существует сравнимая ситуация, например, Pentium II имеет арифметический процессор (его, по аналогии, можно сравнить с графическим контроллером), внутреннюю шину и внутреннюю память (кэш). До появления процессора Intel 8086 эти элементы процессора располагались в качестве отдельных компонентов на печатных платах. Каждому такому компоненту требуется свой собственный доступ к шине данных, свой собственный таймер и схема синхронизации, а также собственная печатная плата, где все это смонтировано. Архитектура Embedded RAM тесно связывает процессор и память, снижая необходимость в дополнительных тактах и сигналах синхронизации, а также уменьшает расстояние, которое должны преодолевать данные, перемещаясь между компонентами. Среди преимуществ, которые могут появиться при использовании Embedded RAM, можно назвать увеличение производительности и, потенциально, более низкую себестоимость. Однако недостатком Embedded RAM является негибкость при использовании и возможные сложности при модернизации.

WRAM

Windows RAM, или WRAM, подобна VRAM и тоже является двухпортовой памятью. Ее два порта обеспечивают осуществление одновременного ввода и вывода графических данных. Выгода от использования двухпортовой памяти в том, что, пока графические данные передаются и размещаются в буфере экрана, изображение на экране продолжает обновляться за счет графической информации, поступающей из того же буфера экрана и в то же время. Другое преимущество WRAM в том, что эта память имеет такую характерную особенность, как ускорение операций за счет двойной буферизации. Двойная буферизация (Double buffering) означает, что запись одного графического изображения или кадра в память осуществляется в то же время, когда другое изображение считывается и выводится на экран. Это очень полезная функция для приложений, связанных с обработкой видео и 3D графики, в которых частота смены кадров является ключевым показателем производительности.

К сожалению, WRAM имеет лишь небольшое преимущество в цене по сравнению с VRAM из-за того, что этот тип памяти производит всего одна компания — Samsung. Существование всего одного поставщика какого-либо устройства не может гарантировать достаточных поставок для обеспечения повсеместного применения этих компонентов.

Выводы

Существует два основных способа того, как и где разместить видеопамять:

Снаружи — более традиционный подход, при котором память и графический контроллер используются в качестве двух независимых компонентов. Графический чипсет имеет интерфейс, обеспечивающий возможность использования различных типов памяти, таких, как VRAM, DRAM, 3D RAM, CDRAM, SDRAM или WRAM. Архитектуры, поддерживающие память типа DRAM, свободно доступны от разных производителей. Что обеспечивает постоянную и последовательную поддержку этого типа памяти и гарантирует конкурентоспособные цены. Это же верно и для VRAM, несмотря на то, что этот тип памяти относится к high-end продуктам. Чем более быстрая видеопамять используется, тем более быстрой получается графическая подсистема. Комбинация 3D RAM и CDRAM с графическим контроллером RealIMAGE подтверждает эту точку зрения наиболее красноречиво.

Внутри — встраиваемая память (embedded memory), являющаяся частью графического контроллера, кстати, этого было непросто достичь. Размещение видеопамяти внутри того же чипа, что и графический процессор, обеспечивает невероятное снижение производственных затрат, уменьшает размеры компонентов и увеличивает быстродействие. Многие компании, такие как NeoMagic, Silicon Magic и NEC, уже анонсировали производство таких компонентов. Производители графических чипсетов тоже анонсировали устройства со встроенными компонентами. Идея производства устройств со встроенными компонентами витала просто-таки в воздухе в течении более, чем пяти лет, и, возможно, сейчас мы становимся свидетелями становления нового стандарта.

Одно несомненно — обработка графики является одним из важнейших приложений среди прочих, которому требуется высокопроизводительная память, но в меньших объемах, чем нужно для системной (оперативной) памяти компьютера. Сам по себе тип памяти DRAM не отвечает потребностям основных графических приложений, в особенности после того, как 3D графика стала неотъемлемой частью мультимедиа в персональных компьютерах. Поэтому богатый выбор новых типов видеопамяти, доступных для использования производителям графических адаптеров и подробно описанных в этом обзоре, необходим для достижения такого уровня производительности, который необходим современным Windows-акселераторам.

Что нас ожидает в будущем?

В этом параграфе будут описаны несколько новейших концепций архитектур памяти, которые, возможно, будут доступны для применения в ближайшие пару лет. В настоящее время нет графических контроллеров, которые позволяли бы использовать эти типы памяти в видеоадаптерах.

FeRAM

Ферроэлектрическая память, или Ferroelectric RAM (FeRAM) — это энергонезависимый тип памяти, аналогичный Flash памяти, что означает возможность хранения данных без использования источников энергии. Чипы FeRAM имеют маленькую емкость, на уровне килобит, но производство 1 Мбит чипов FeRAM уже не за горами, этим занимается компания NEC. Ожидается, что этот тип памяти будет пригоден для использования в качестве системной (оперативной) памяти в персональных компьютерах и, возможно, в графических адаптерах. В настоящее время 1 Мбит чипы FeRAM имеют время доступа 60 ns, которое сопоставимо с временем доступа 40-50 ns у чипов DRAM. Корпорации NEC более интересно добиться большей емкости чипов FeRAM, например, большей, чем 16 Мбит, и, по мнению представителей компании, этого следует ожидать в ближайшие 3-5 лет. Варианты чипов FeRAM с маленькой емкостью уже доступны в промышленных образцах для производителей компьютерного оборудования.

Другой игрок на этом рынке — компания Fujitsu, которая ведет разработки чипов FeRAM с емкостью от 64Мбит до 1Гбит.

DRDRAM

Около года назад корпорация Intel объявила о своем намерении сделать технологию памяти Rambus основной архитектурой для изготовления системной памяти персональных компьютеров, в результате чего с 1999 года начнется вытеснение с этого рынка памяти типа SDRAM. Зная возможности Intel, можно с большой долей уверенности сказать, что так оно и будет. Специалисты корпорации Intel опробовали различные технологии памяти типа DRAM, прежде чем остановить свой выбор на технологии Rambus. Intel лицензировала архитектуру RDRAM у компании Rambus, после чего обе фирмы начали совместные разработки по созданию нового типа памяти, получившего наименование DRDRAM (Direct RDRAM). Кстати, компания Rambus выдала лицензии на свою технологию изготовления памяти семи крупнейшим производителям чипов DRAM и более, чем 15 производителям контроллеров. Результатом выбора корпорацией Intel технологии Rambus может стать появление более быстрой и более совершенной памяти, которая будет применятся повсеместно.

Недавно Intel закончила тестирование чипов DRDRAM от Toshiba в 64 Мбит и 72 Мбит исполнении. Все прошло нормально, чипы показали запланированную скорость передачи данных 1.6 Гб/с. Сейчас проводится тестирование чипов от LG, а компания Fujitsu заявила о своей готовности представить собственные варианты чипов DRDRAM. В общем, похоже 1999 год станет годом тотального наступления Rambus. Хотя сбрасывать со счетов DDR SDRAM и SLDRAM явно не стоит. Но в любом случае, кто бы ни стал победителем, а память менять придется.

DDR SDRAM

Новый тип памяти DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) появился в следствие улучшений архитектуры SDRAM, поэтому другое название этого типа памяти — SDRAM II. Лидерство в разработке этого типа памяти принадлежит корпорации Samsung. В настоящее время многие крупные производители чипов памяти заявили о намерении продвигать эту архитектуру. Однако в свете того, что Intel собирается продвигать другую архитектуру памяти — DRDRAM, будущее DDR SDRAM представляется туманным.

Память типа DDR SDRAM может передавать и принимать данные по восходящему и нисходящему уровню 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 верхнему фронту сигнала. Память типа DDR SDRAM имеет большую ширину полосы пропускания, но только в случае передачи длинных пакетов данных. Максимальная величина ширины полосы пропускания DDR SDRAM может достигать 1.6 Гб/сек при частоте шины 100MHz.

Осенью 1998 компания Fujitsu Microelectronics представит первые образцы модулей DIMM, созданных по технологии DDR SDRAM. Работает эта память на частоте 125 Мгц, с пропускной способностью около 200 миллионов операций в секунду, что примерно соответствует DRDRAM. При всех своих достоинствах, эта технология прекрасно работает с нынешними машинами, являясь эволюционным развитием DRAM, в отличие от совершенно новой технологии Rambus, для которой опять понадобятся новые чипсеты системных плат и т.д.

ESDRAM

Enhanced SDRAM (ESDRAM — улучшенная SDRAM) — более быстрая версия SDRAM, сделанная в соответствии со стандартом JEDEC компанией Enhanced Memory Systems (EMS). С точки зрения времени доступа производительность ESDRAM в два раза выше по сравнению со стандартной SDRAM. В большинстве приложений ESDRAM, благодаря более быстрому времени доступа к массиву SDRAM и наличию кэша, обеспечивает даже большую производительность, чем DDR SDRAM.

Более высокая скорость работы ESDRAM достигается за счет дополнительных функций, которые используются в архитектуре этой памяти. ESDRAM имеет строку кэш-регистров (SRAM), в которых хранятся данные, к которым уже было обращение. Доступ к данным в строке кэша осуществляется быстрее, чем к ячейкам SDRAM, со скоростью 12 ns, т.к. не требуется обращаться к данным в строке через адрес в колонке. При этом скорость работы ячеек ESDRAM составляет 22 ns в отличие от стандартной скорости работы ячеек SDRAM, имеющей значения 50 — 60 ns.

При этом стоит заметить, что память ESDRAM полностью совместима со стандартной памятью JEDEC SDRAM на уровне компонентов и модулей, по количеству контактов и функциональности. Однако, чтобы использовать все преимущества этого типа памяти, необходимо использовать специальный контроллер (чипсет).

Увеличение производительности при использовании ESDRAM достигается за счет применения двухбанковой архитектуры, которая состоит из массива SDRAM и SRAM строчных регистров (кэш). Строчные регистры вместе с быстрым массивом SDRAM обеспечивают более быстрый доступ для чтения и записи данных по сравнению со стандартной SDRAM. ESDRAM может работать в режиме "упреждающего обращения" к массиву SDRAM, в результате следующий цикл записи или чтения может начаться в момент, когда выполнение текущего цикла не завершено. Возможность использовать такой режим напрямую зависит от центрального процессора, управляющего работой конвейера адресации.

С точки зрения применения в качестве системной (оперативной) памяти компьютера чипсет VCS-164 (Polaris) компании VLSI Technology поддерживает ESDRAM, правда, этот чипсет рассчитан для применения в системах на базе процессора Digital Alpha. ESDRAM полностью соответствует спецификации Intel PC-100 SDRAM, и соответственно, совместима с чипсетами Intel 440BX и Via Technologies MVP-3.

FCRAM

Fast Cycle Random Access Memory (FCRAM). Разработчик этого типа памяти — компания Fujitsu. В основу этого типа памяти легла принципиально иная концепция по сравнению с DRAM. Время выполнения цикла соответствует всего 20нс, т.е. в 3-4 раза меньше, чем у нынешних модулей DRAM. Это достигнуто благодаря двум принципиальным моментам. Во-первых, в отличие от современных чипов памяти, где сначала выясняется адрес строки (RAS), а потом, после некоторой задержки, адрес столбца (CAS), где находится нужная ячейка, в FCRAM мгновенно выясняются обе координаты. Во-вторых, существующая память типа DRAM имеет время выполнения цикла 70нс, из-за того, что после выполнения каждой операции над ячейкой должна пройти команда сброса. В FCRAM же встроена цепь автоматического сброса, благодаря чему возможна конвейерная обработка команд, где следующая команда начинает выполняться еще до окончания выполнения предыдущей. Итог — время выполнения цикла — 20нс. В результате мы получаем очень интересный гибрид. По скорости работы FCRAM более напоминает SRAM, а по объему — обычную память DRAM.

MRAM

MRAM — Magnetic random access memory. Разработчик — компания Toshiba. Уже есть пробный образец основной структуры чипа MRAM, воплощающего в себе новую технологию памяти, потенциально способную превзойти существующие типы DRAM и по скорости, и по объему, и по энергопотреблению. Уже этот тестовый образец демонстрирует выдающиеся скоростные качества — цикл чтения занимает всего 6 нс.

Согласно заявлению компании, технология хранения информации в чипе MRAM заключается в создании элемента с мелкими частицами платины и кобальта, находящихся между двумя магнитными слоями. Запись и чтение происходят путем изменения магнитной активности в контуре.

Toshiba планирует создать прототип чипа MRAM к 2000 году. Примерно тогда же планируют создание первых чипов MRAM и ее конкуренты: Motorola, IBM, Siemens и Philips.

Терминология





Дополнительно

Нашли ошибку на сайте? Выделите текст и нажмите Shift+Enter

Код для блога бета

Выделите HTML-код в поле, скопируйте его в буфер и вставьте в свой блог.