DDR SDRAM. История и современность

Уже давно, еще со времен 486-х процессоров, отставание скорости системной шины PC от скорости ускоряющихся CPU все более увеличивалось. Именно тогда Intel впервые отказался от частоты процессоров, синхронной с частотой системной шины, и применил технологию умножения частоты FSB. Этот факт отразился даже в названии — 486DX2. Хотя частота системной шины осталась той же, несмотря на название, производительность процессора выросла почти вдвое.

20080701_321_1.jpg

В дальнейшем разброд в тактовой частоте различных системных компонентов только увеличивался: в то время как частота системной шины выросла сначала до 66, а затем и до 100 МГц, шина PCI осталась все на тех же давних 33 МГц, для AGP стандартной является 66 МГц и т. д. Шина памяти же до самого последнего времени оставалась синхронной с системной шиной (название обязывает — Synchronous DRAM, SDRAM). Так появились спецификации PC-66, затем PC-100, потом, с несколько большими организационными усилиями, PC-133 SDRAM.
Однако, за то время, за которое частота шины памяти увеличилась на треть и, соответственно, на столько же возросла ее пропускная способность (с 800 Мбайт/с до 1064 Мбайт/с), частота процессоров увеличилась в два с половиной раза — с 400 МГц до 1 ГГц. Наблюдается некоторый дисбаланс, не так ли? Пропускная способность PC-133 SDRAM составляет лишь 1064 Мбайт/с, тогда как сегодняшним PC требуется по крайней мере: 1 Гбайт/с для процессора с частотой системной шины 133 МГц, столько же — для графической шины AGP 4x, 132 Мбайт/с для шины PCI. То есть около 2,1 Гбайт/с — как и говорилось только что, дисбаланс более чем в два раза.
Но дальнейшее увеличение частоты SDRAM при современном техническом уровне оснащения ее производителей невозможно: уже SDRAM 166 МГц получается слишком дорогой, особенно с учетом сегодняшних объемов оперативной памяти в PC. Этот момент сыграл не слишком приятную шутку с Direct Rambus DRAM. В то же время отказываться от синхронизации шины памяти с системной шиной по ряду причин не хотелось бы.
Технологии, пытающиеся залатать SDRAM путем добавления кэша SRAM (ESDRAM) или же путем оптимизации ее работы (VCM SDRAM) не помогли. На выручку пришла популярная в последнее время в компонентах PC технология передачи данных одновременно по двум фронтам сигнала, когда за один такт передаются сразу два пакета данных. В случае с используемой сегодня 64-битной шиной — это два 8-байтных пакета, 16 байт за такт. Или, в случае с той же шиной 133 МГц, — уже не 1064, а 2128 Мбайт/с. Те самые 2,1 Гбайт/с, что и требуются для сегодняшних PC.
Причем по цене, мало отличающейся от обычной памяти 133 МГц: технология та же (включая методику упаковки чипов — TSOP, не microBGA, как у RDRAM), оборудование — то же, энергопотребление, практически не отличающееся от SDRAM, площадь чипа больше лишь на несколько процентов. Именно это сочетание доступности с требующейся на сегодняшний день производительностью и заинтересовало в первую очередь прагматичную индустрию DRAM — точно так же в свое время они выбирали PC-66, PC-100, PC-133…
Однако, в отличие от этих спецификаций, в название которых входила тактовая частота шины памяти, компании, разрабатывавшие DDR SDRAM, (а точнее, их маркетинговые отделы) избрали ту систему, которая позволила получить максимальную цифру в названии («А в попугаях я гораздо длиннее!») — они выбрали пиковую пропускную способность и получили PC1600 для 100-мегагерцовых и PC2100 для 133-мегагерцовых чипов DDR SDRAM. Такая же система используется и в спецификации Direct Rambus DRAM, где за основу берется результирующая частота (тактовая частота, помноженная на те же два пакета на такт, что и у DDR SDRAM) — PC600, PC700, PC800.
Впрочем, эта система названий придумана совсем недавно, хотя DDR SDRAM производится уже достаточно давно: образцы 64-мегабитных чипов появились три года назад — в середине 1998 г. Именно к тому времени, в декабре 1998 г., когда Intel уже продолжительное время поддерживал RDRAM, была одобрена открытая спецификация DDR SDRAM, не требующая от производителей, использующих ее, никаких лицензионных отчислений. Как и в случае с PC-133 SDRAM, основными сторонниками новой спецификации выступили IBM и VIA, к тому времени четко ориентировавшиеся на альтернативные RDRAM архитектуры. Несколькими месяцами спустя, в мае, одобрена спецификация 184-контактных модулей DIMM, а также закончена работа над спецификацией DDR SGRAM.
Примерно через полтора года DDR SDRAM доведен до стадии, когда производители DRAM в состоянии начать его коммерческое производство — появились уже образцы 133-мегагерцовых 64-мегабитных чипов DDR SDRAM, соответствующие спецификации PC2100 и готовые к началу производства.
Однако, первыми чипы DDR использовали отнюдь не производители модулей памяти. Производителям видеокарт проще — на карте они в праве применять что угодно, лишь бы на выходе был стандартный сигнал. Да и ширина шины памяти все же всегда была узким местом скорее для графических чипов, чем для центральных процессоров. Так что производители видеокарт гораздо раньше воспользовались появившейся в графических чипах поддержкой DDR SDRAM/SGRAM. Уже через несколько месяцев после выхода первого такого чипа (GeForce 256) появились карты с памятью DDR SDRAM и SGRAM на борту.
Стандартной скоростью чипов для первой волны DDR-плат стали 150 и 166 МГц (результирующая частота — 300 и 333 МГц соответственно, пропускная способность шины, с учетом разрядности 128 бит — 4,8 и 5,2 Гбайт/с). Можно с большой уверенностью предположить, что осеннее поколение графических чипов будет ориентироваться на 183-мегагерцовые чипы (366 МГц, 6 Гбайт/с), а в 2001 г. мы увидим массовый выход видеокарт с 200 МГц (400 МГц, 6,4 Гбайт/с).
Результат замены SDRAM/SGRAM на их вдвое более быстрый аналог не замедлил сказаться. Производительность карт на системах с мощным центральным процессором при использовании приложений, оказывающих заметную нагрузку именно на шину памяти (например, 32-битный цвет), возрастает до полутора раз.
Оценивая известную на сегодня информацию о планах разработчиков графических чипов на ближайший год, можно констатировать бесспорную победу DDR над RDRAM. После того, как Intel со своим i740 успешно продвинул AGP и отказался от дальнейших попыток прямого влияния в этой области, ситуацией, к счастью, управляет рынок. Дорогой RDRAM оказался никому не нужен, тем более что 128-битная шина памяти выводит DDR SDRAM по производительности даже вперед двухканального RDRAM.
А вот с модулями памяти DIMM DDR SDRAM положение несколько иное: их востребовать было некому — весь вопрос встал за чипсетами, обладающими поддержкой этого типа памяти и, соответственно, за материнскими платами на базе этих чипсетов. Первый пользовательский чипсет, обладающий поддержкой этого типа памяти, ожидался от VIA сначала осенью 1999 г., затем зимой 2000, весной… Но, вроде бы, наконец, ожидание подходит к концу. И уже вышли чипсеты обладающие поддержкой DDR SDRAM — Apollo Pro266 и KT266.
В них все к той же 133-мегагерцовой системной шине и AGP 4x добавилась поддержка DDR SDRAM, а также V-Link — новая, ускоренная шина обмена информацией между северным и южным мостами чипсета, обеспечивающая пропускную способность 266 Мбайт/с, что в два раза быстрее стандартной PCI. Кроме того, ожидается, что поддержка двухпроцессорных конфигураций, встроенная еще в Apollo Pro133A, станет официальной.
Чуть позже, в третьем квартале, ожидается выход варианта Apollo Pro266 с интегрированным видеоядром PM266. Причем, в отличие от PM133 с хиленьким, по меркам третьего квартала, Savage4, в этот чипсет будет встроен вариант Savage2000 (GX4C). Его производительности для дешевых систем, являющихся нишевым рынком для интегрированных чипсетов, должно быть более чем достаточно.
И в последнем квартале 2000 г. должен выйти первый серверный чипсет VIA — PX266V. Пока о нем известно мало за исключением того, что там ожидается поддержка до 4 процессоров и двойная шина V-Link: к южному мосту и к подсистеме 64-битной 66-мегагерцовой PCI.
Если уж зашла речь о мультипроцессорных чипсетах, рассчитанных на серверные платформы, то нельзя не упомянуть еще двух игроков на этом рынке: Samsung со своим Caspian, разрабатываемым совместно с AMD, и ServerWorks со своей линейкой ServerSet, которая должна обзавестись DDR-чипсетом для процессоров Intel уже в первой половине следующего года.
Учитывая такие факторы, как стоимость RDRAM, разницу в производительности RDRAM и DDR SDRAM и падение производительности подсистемы памяти RDRAM при увеличении объема памяти, подавляющее большинство производителей серверов намеревается предпочесть DDR SDRAM перед RDRAM. С этим желанием вынужден считаться даже Intel, который в своем следующем серверном чипсете под x86 (i870) планирует поддерживать именно DDR SDRAM. Да и помимо Intel на рынке серверных чипсетов будет достаточно желающих поддержать DDR — кроме независимых разработчиков, на этом рынке выступят и сами производители серверов, разрабатывающие чипсеты под свои системы — IBM, NEC…
К сожалению, ничто на свете не дается даром, и двухкратное увеличение пропускной способности памяти сопровождается изменением форм-фактора модулей. При сохранении тех же размеров модуля число контактов увеличилось со 168 до 184. Изменившееся положение ключа не позволит вставить модули DIMM DDR SDRAM в сегодняшние разъемы.
Но перейдем к наиболее интересному моменту, связанному с большинством компонентов PC, — конкретным значениям производительности. При использовании в связке с P-III прирост составляет в среднем 5-12%. В сочетании с Athlon на 100 МГц — примерно столько же или даже чуть меньше. Но стоит установить Athlon на частоте 133 МГц, позволяющей памяти работать синхронно с процессором, и картина радикально меняется. Прирост составляет по синтетическим тестам до 50-60%, по игровым и бизнес приложениям — около 30.
Теперь о перспективах. Стандарт модулей DIMM DDR SDRAM предполагает использование чипов до 200 МГц, с результирующей частотой 400 МГц и пропускной способностью 3,2 Гбайт/с — как у двухканального Direct Rambus DRAM. С того момента, когда DDR SDRAM исчерпает свои возможности, в 2003 г. должен стартовать DDR-II.
Скорость DDR-II чипов, как предполагается, начнется со 100 МГц, но за счет того, что будет передаваться 4 пакета данных за такт, их пропускная способность также должна составить 3,2 Гбайт/с. Учитывая такую технологию работы (передачу 32 байтов за такт) рост производительности DDR-II чипов при росте тактовой частоты будет максимальным — в 4 раза: 150 МГц дадут уже 4,8 Гбайт/с, а 200 МГц — 6,4 Гбайт/с.
Модули на этих чипах, как и модули на чипах DDR, также будут иметь свой собственный форм-фактор (230 контактов), и требовать новых чипсетов. То же самое можно сказать и о чипах Advanced DRAM Technology, которые должны появиться примерно в то же время.
А до тех пор, нам предстоит выбирать лишь между DDR SDRAM и Direct Rambus DRAM. Если Intel не будет силой влиять на рынок (правда, он будет), то результат, учитывая соотношение цена/производительность, выглядит вполне понятным — выигрывает DDR SDRAM. В противном случае ситуация становится непредсказуемой: трудно просчитать, что пересилит — финансовая мощь Intel или здравый смысл индустрии, и в какой пропорции проявят себя эти два компонента в конечном результате.
В любом случае, если отстраниться от экстремистских точек зрения, то можно констатировать, что судьба DDR SDRAM, как бы ни сложилась ситуация, сегодня видится в более радужных оттенках, нежели, скажем, год назад. За этот год успел выйти Athlon, AMD набрала вес, а VIA — сделала ставку на DDR SDRAM. Поэтому что бы ни произошло на рынке решений от Intel, те, кто будет приобретать в конце этого года процессоры AMD, просто обречены на DDR SDRAM. А это уже само по себе выглядит неплохим аргументом в пользу выбора решения от AMD/VIA для тех, кто предпочитает делать покупки, руководствуясь разумом, а не рекламой.
Итог: производители DRAM не могут позволить себе не выпускать DDR SDRAM. Рынок для этого типа памяти существует, он весьма велик. Затрат для перехода на DDR SDRAM почти не требуется. Себестоимость изготовления чипов не слишком отличается от себестоимости изготовления чипов SDRAM той же тактовой частоты. Стоимость RDRAM столь высока, что пользователи, даже при неудовлетворенном спросе на память, зачастую просто не могут позволить себе увеличить объем памяти в своих PC. Получился парадокс: если отбросить PC-133 SDRAM как технологию, принадлежащую к предыдущему поколению, то на рынке общедоступной памяти просто нет предложений. Ну не считать же таковым безбожно дорогой RDRAM? При данных обстоятельствах воздержаться от выпуска DDR SDRAM было бы непростительной глупостью.
Складывается, наконец, и вторая половина мозаики: чипсеты и материнские платы. Сейчас на рынке вполне достаточно решений, полностью закрывающих поддержкой DDR SDRAM весь спектр рынка: чипсеты VIA и AMD — High-End PC на базе Pentium III и Athlon, чипсеты AMD и Samsung — серверы и рабочие станции на базе Athlon, чипсеты ServerWorks — серверы и рабочие станции на базе Pentium III.
Доступен, дешев, производительность RDRAM по цене SDRAM... Жить будет. И неплохо.
В ближайших номерах читайте практическое сравнение DDR и “обычной” SDRAM.


Рекомендуем почитать: