DDR4 SDRAM

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

DDR4 SDRAM (англ. double-data-rate four synchronous dynamic random access memory) — четвёртое поколение оперативной памяти, являющееся эволюционным развитием предыдущих поколений DDR SDRAM. Отличается повышенными частотными характеристиками и пониженным напряжением питания.

Основное отличие DDR4 от предыдущего стандарта DDR3 заключается в удвоенном до 16 числе внутренних банков (в 2 группах банков[1]), что позволило увеличить скорость передачи внешней шины. Пропускная способность памяти DDR4 в перспективе может достигать 25,6 ГБ/c (в случае повышения максимальной эффективной частоты до 3200 МГц). Кроме того, повышена надёжность работы за счёт введения механизма контроля чётности на шинах адреса и команд. Изначально стандарт DDR4 определял частоты от 1600 до 2400 МГц[2] с перспективой роста до 3200 МГц[3][4].

В массовое производство вышла во 2 квартале 2014 года, сперва только ECC-память,[5] а в следующем квартале начались продажи и не-ECC модулей DDR4, вместе с процессорами Intel Haswell-E/Haswell-EP, требующих DDR4.[6]

Разработка[править | править код]

Модуль памяти DDR4

Ранние работы по проектированию следующего за DDR3 стандарта оперативной памяти начались в JEDEC около 2005 года,[7] примерно за два года до запуска DDR3 в 2007.[8][9] Основы архитектуры DDR4 планировалось согласовать в 2008 году.[10]

JEDEC представила информацию о DDR4 в 2010 году на конференции MemCon в Токио[11]. Судя по слайдам «Time to rethink DDR4»[12], новинка должна иметь и повышенную эффективную частоту (от 2 133 до 4 266 МГц), и пониженное напряжение (от 1,1 до 1,2 В) по сравнению с предыдущими стандартами, предполагаемый техпроцесс — 32 и 36 нм. Массовое производство намечалось на 2015 год, а первые образцы для создания контроллеров памяти и совместимых платформ — на 2011 год[13][14][15].

В январе 2011 года компания Samsung представила модуль DDR4. Техпроцесс составил 30 нм, объём памяти 2 ГБ, а напряжение 1,2 В[16][17][18][16]. Позднее Hynix представила свой первый модуль DDR4, который превзошёл модуль Samsung по частоте (2400 МГц вместо 2133). Hynix заявила о 80-процентном увеличении производительности памяти по сравнению с DDR3-1333.

В сентябре 2012 года JEDEC опубликовала финальный вариант спецификации DDR4[19][20]. Последняя ревизия стандарта DDR4 была принята в ноябре 2013 года, стандарт на LPDDR4 — в августе 2014 года[21][22].

По оценке компании Intel от апреля 2013 года, уже в 2014 году DDR4 могла бы стать основным типом памяти DRAM, и в 2015 году практически полностью вытеснить используемую ранее DDR3. По данным Intel, DDR4 потребляет на 35 % меньше энергии, чем DDR3L, а по пропускной способности превосходит память предыдущего поколения на 50 %[23]. Однако внедрение DDR4 началось позднее[24], и эта память займет большую часть рынка не ранее 2016 года.[25] В 2017 году продажи памяти DDR4 превзошли модули стандарта DDR3[26].

Максимальная пропускная способность[править | править код]

Для расчёта максимальной пропускной способности памяти DDR4 необходимо её эффективную частоту умножить на 64 бита (8 байт), то есть размер данных, который может быть передан за 1 такт работы памяти. Таким образом:

  • Для памяти с эффективной частотой 1600 МГц (наименьшая частота, определённая стандартом)[3] максимальная пропускная способность составит 1600 × 8 = 12 800 МБ/c
  • Для памяти с эффективной частотой 2133 МГц максимальная пропускная способность составит 2133 × 8 = 17 064 МБ/c[27]
  • Для памяти с эффективной частотой 3200 МГц (наибольшая частота, изначально определённая стандартом) максимальная пропускная способность составит 3200 × 8 = 25 600 МБ/c[27]

Нужно учитывать, что из-за временны́х ограничений по взаимодействию с микросхемами памяти, в частности для периодической операции обновления содержимого (англ.) (регенерации), реальная пропускная способность меньше на 5—10 %, чем рассчитанная выше.

Современные материнские платы поддерживают многоканальные режимы работы памяти. Таким образом, итоговая эффективная пропускная способность памяти системы будет равняться пропускной способности DDR4, умноженной на количество используемых каналов.

Изначально предполагалось, что для работы DDR4 на максимальных частотах (3200 МГц)[2] потребуется использование лишь одного модуля памяти DDR4 на канал передачи данных (прямое подключение напрямую к контроллеру с топологией точка-точка[28][29][30][31]). При работе на меньших частотах, например 1866 и 2133 МГц, контроллеры памяти некоторых процессоров, в частности, Skylake (2015), могут использовать до 2 модулей памяти на канал[32][33]. Для серверных систем используются модули RDIMM DDR4[34] и ожидается появление модулей LRDIMM DDR4, использующих буферные микросхемы вблизи контактов модуля. Такая память сможет устанавливаться в количестве до 3 модулей на канал, при использовании совместимых платформ.[35].

Спецификации стандартов
Стандартное

название

Частота

памяти, МГц

Частота

шины, МГц

Эффективная (удвоенная)

скорость, млн. передач/с

Название

модуля

Пиковая скорость

передачи данных, МБ/с

Тайминги

CL-tRCD-tRP

Время

цикла, нс

DDR4-1600J*

DDR4-1600K

DDR4-1600L

200 800 1600 PC4-12800 12800 10-10-10

11-11-11

12-12-12

12.5

13.75

15

DDR4-1866L*

DDR4-1866M

DDR4-1866N

233.33 933.33 1866.67 PC4-14900 14933.33 12-12-12

13-13-13

14-14-14

12.857

13.929

15

DDR4-2133N*

DDR4-2133P

DDR4-2133R

266.67 1066.67 2133.33 PC4-17000 17066.67 14-14-14

15-15-15

16-16-16

13.125

14.063

15

DDR4-2400P*

DDR4-2400R

DDR4-2400T

DDR4-2400U

300 1200 2400 PC4-19200 19200 15-15-15

16-16-16

17-17-17

18-18-18

12.5

13.32

14.16

15

DDR4-2666T

DDR4-2666U

DDR4-2666V

DDR4-2666W

333.33 1333 2666 PC4-21333 21333 17-17-17

18-18-18

19-19-19

20-20-20

12.75

13.50

14.25

15

DDR4-2933V

DDR4-2933W

DDR4-2933Y

DDR4-2933AA

366.6 1466.5 2933 PC4-23466 23466 19-19-19

20-20-20

21-21-21

22-22-22

12.96

13.64

14.32

15

DDR4-3200W

DDR4-3200AA

DDR4-3200AC

400 1600 3200 PC4-25600 25600 20-20-20

22-22-22

24-24-24

12.50

13.75

15

Объём модулей[править | править код]

Объём кристалла DDR4 составляет от 2 до 16 Гбит, организация модулей памяти — ×4, ×8 или ×16 банков[36] Минимальный объём одного модуля DDR4 составляет 4 ГБ, максимальный — 128 ГБ (кристаллы по 8 Гбит, упаковка 4 кристаллов в чип)[28]. Не исключается производство модулей объёмом в 512 ГБ на базе кристаллов 16 Гбит и упаковке 8 кристаллов в чип.

Размеры модулей[править | править код]

DDR4 имеет 288-контактные DIMM-модули, схожие по внешнему виду с 240-контактными DIMM DDR-2/DDR-3. Контакты расположены плотнее (0,85 мм вместо 1,0), чтобы разместить их на стандартном 5¼-дюймовом (133,35 мм) слоте DIMM. Высота увеличивается незначительно (31,25 мм вместо 30,35).

DDR4 модули SO-DIMM имеют 260 контактов[37] (а не 204), которые расположены ближе друг к другу (0,5 мм, а не 0,6). Модуль стал на 1,0 мм шире (68,6 мм вместо 67,6), но сохранил ту же высоту — 30 мм.

Прочее[править | править код]

Отраслевой стандарт оперативной памяти DDR4, описанный в DDR4 SDRAM STANDARD JEDEC JESD79-4, не содержит каких-либо сведений о наличии функций аппаратного шифрования информации.[21]

В сентябре 2014 года были продемонстрированы модули памяти с частотой 3333 МГц (и максимальной пропускной способностью 26 664 МБ/c), что превзошло частоту, изначально определённую стандартом.

В августе 2015 года были продемонстрированы модули памяти с частотой 4233 МГц (и максимальной пропускной способностью 33 864 МБ/c).

Примечания[править | править код]

  1. DDR4 Bank Groups in Embedded Applications / Synopsys DesignWare Technical Bulletin, Graham Allan, Sep. 2012
  2. 1 2 DDR4 In A Nutshell, Misconceptions, Cool Features, and DDR5, Synopsys, Navraj Nandra, September 27th, 2012
  3. 1 2 ]http://www.anandtech.com/show/4669/jedec-reveals-the-key-aspects-of-ddr4 JEDEC Reveals Key Aspects of DDR4] / AnandTech, Kristian Vättö, August 23, 2011 «DDR4 will start from 1600MHz .. The projected maximum speed for DDR4 is 3200MHz»
  4. Следует учесть, что эффективная частота отличается от частоты тактирования шины. Под эффективной частотой понимается защелкивание данных по переднему и заднему фронтам. В связи с этим, реальная тактовая частота работы шины памяти в два раза меньше относительно эффективной частоты, см илл. Figure 4 из статьи
  5. Crucial DDR4 Server Memory Now Available. globenewswire.com (2 June 2014). Проверено 12 декабря 2014.
  6. How Intel Plans to Transition Between DDR3 and DDR4 for the Mainstream. TechPowerUp. Проверено 28 апреля 2015.
  7. Sobolev, Vyacheslav JEDEC: Memory standards on the way. digitimes.com (31 мая 2005). — «Initial investigations have already started on memory technology beyond DDR3. JEDEC always has about three generations of memory in various stages of the standardization process: current generation, next generation, and future.». Проверено 28 апреля 2011. Архивировано 3 декабря 2013 года.
  8. DDR3: Frequently asked questions. Kingston Technology. — «"DDR3 memory launched in June 2007"». Проверено 28 апреля 2011. Архивировано 28 июля 2011 года.
  9. Valich, Theo. DDR3 launch set for May 9th (2 мая 2007). Проверено 28 апреля 2011.
  10. Hammerschmidt, Christoph Non-volatile memory is the secret star at JEDEC meeting. eetimes.com (29 августа 2007). Проверено 28 апреля 2011.
  11. JEDEC готовит спецификации оперативной памяти DDR4-SDRAM, 3dnews, 19.08.2010
  12. Gervasi, Bill Time to rethink DDR4. July 2010. Discobolus Designs. Проверено 29 апреля 2011.
  13. JEDEC готовит спецификации оперативной памяти DDR4-SDRAM. 3DNews (19.08.2010).
  14. Nilsson, Lars-Göran DDR4 not expected until 2015. semiaccurate.com (16 августа 2010). Проверено 29 апреля 2011.
  15. By Annihilator DDR4 memory in works, will reach 4.266GHz. wccftech.com (18 августа 2010). Проверено 29 апреля 2011.
  16. 1 2 Samsung показала готовый DRAM-модуль памяти DDR4. 3DNews (04.01.2011).
  17. Компания Samsung начинает поставки памяти типа DDR4
  18. Samsung develops DDR4 memory with up to 40 percent better energy efficiency than DDR3 / Engadget 2011
  19. JEDEC Announces Publication of DDR4 Standard
  20. Организация JEDEC опубликовала спецификации DDR4 // ixbt.com, 25 Сентября 2012
  21. 1 2 JEDEC. JEDEC DDR4 SDRAM STANDARD (JESD79-4A) (Nov 2013 - Aug 2014).
  22. JEDEC утвердила стандарт DDR4 для ноутбуков / Ferra.ru, 27.08.2014
  23. Intel отводит памяти DDR3 один год // ixbt.com, 13 Апреля 2013
  24. Shah, Agam Adoption of DDR4 memory faces delays. IDG News (12 апреля 2013). Проверено 22 апреля 2013.
  25. Shah, Agam. «Adoption of DDR4 memory faces delays», TechHive (IDG), April 12, 2013. Retrieved on June 30, 2013.
  26. DDR4 станет основным типом оперативной памяти в текущем году, IC Insight, 3dnews (17.04.2017). Проверено 21 ноября 2017.
  27. 1 2 Scott Mueller. Upgrading and Repairing PCs. Que Publishing. Mar 7, 2013. Table 6.11: JEDEC Standard DDR4 Module (284-PIN DIMM) Speeds and Transfer Rate
  28. 1 2 Ferra.ru — Начало новой эпохи. Как работает оперативная память стандарта DDR4 // Ferra.ru, 31.08.2014
  29. Память DDR4: время ли разбрасывать камни? / Процессоры и память
  30. http://www.eda.org/ibis/summits/nov12b/pytel2.pdf «DDR4 architecture is point to point • One controller to 1 DIMM»
  31. http://www.extremetech.com/computing/158824-haswell-e-to-offer-ddr4-support-up-to-eight-cores-in-2014 «Where DDR3 used a multi-drop bus that allowed multiple DIMMs to sit on the same memory channel, DDR4 virtually requires the use of a point-to-point bus with a maximum of one DIMM per RAM channel.»
  32. http://ark.intel.com/ru/products/90591 «Кол-во модулей DIMM на канал 2»
  33. http://www.intel.com/content/www/us/en/processors/core/desktop-6th-gen-core-family-datasheet-vol-1.html «Table 2-1. Processor DRAM Support Matrix — DIMM Per Channel DPC 2»
  34. http://www.jedec.org/sites/default/files/files/Desi_Rhoden_Server_Forum_2014_Final_r1.pdf
  35. LRDIMM vs RDIMM: Signal integrity, capacity, bandwidth | EDN
  36. JESD79-4 — JEDEC STANDARD DDR4 SDRAM SEPTEMBER 2012
  37. http://www.jedec.org/standards-documents/results/ddr4 - 260-Pin, 1.2 V (VDD), PC4-1600/PC4-1866/PC4-2133/PC4-2400/PC4-2666/PC4-3200 DDR4 SDRAM SO-DIMM Design Specification Release Number: 24, Item 2228.07B MODULE4_20_25 Aug 2014

Ссылки[править | править код]