Mellékleteink: HUP | Gamekapocs
Keres

A sávszélesség sosem elég

Bizó Dániel, 2005. február 21. 14:45
Ez a cikk több évvel ezelőtt születetett, ezért előfordulhat, hogy a tartalma már elavult.
Frissebb anyagokat találhatsz a keresőnk segítségével:

2. oldal: Bevezetés a DDR3 működésébe

DDR-történelem

Az SDRAM esetében a memóriamodulon található chipek, de az adatátvitel szempontjából releváns alkatrészek is az adatbusszal megegyező órajelen futottak, tehát az egész modul szinkronban működött. Ahhoz, hogy egységnyivel növeljük a valós adatátvitelt, egységnyivel növelni kellett a chipek órajelét.

Az egyre gyorsabb chipek költséghatékony előállítása növekvő nehézségekbe ütközik tömegtermelési szinten, ami komoly problémát jelent a gyártók számára az árvezérelt piacon. A figyelem ezért olyan technika kidolgozására irányult, amellyel spórolni lehet a memóriachipek képességein, miközben a sávszélesség jelentősen emelkedik. A chipek ára egy modul költségének körülbelül 90 százalékát képezi.

Ebből az indíttatásból született meg a DDR, azaz a double data rate koncepciója, amelyet 2000 júniusában szabványosítottak is. A DDR SDRAM memóriák a sima, a megkülönböztethetőség kedvéért utólag SDR-nek keresztelt SDRAM memóriánál azonos chipfrekvencián kétszer annyi adatot képesek mozgatni. A trükk elektronikailag abban rejlik, hogy az adatbusz felé a modul belső kommunikációs I/O átmeneti tárolói (buffer) nem csak az elektromos hullámjel felszálló, hanem leszálló ágában is továbbítanak adatot -- amit a túloldalon lévő fogadóeszköznek, a memóriavezérlőnek természetesen képesnek kell lennie lekezelni.

Mivel a chipek a külső adatbuszhoz képest fele effektív órajelen futnak, ezért ez csak úgy lehetséges, hogy ha egy bitnyi sávhoz a bufferbe két bit adat érkezik egy valós (chip)órajel alatt. A megoldás tehát az, hogy a modul belső szélességét a (külső)adatbusz szélességének kétszeresére kell emelni, jelen esetben 128 bitre.

A szabványos SDR SDRAM 133 MHz-en fulladt ki, a DDR pedig 100 MHz-en debütált, átviteli sebessége a 200 MHz-es effektív órajel miatt mégis másfélszerese volt. Nem felhőtlen az öröm azonban, ugyanis az alacsonyabb órajel miatt a chipek késleltetése nagyobb, így az adatáramlás megindulásáig többet kell várnia a processzornak. A DDR266/333/400 szabványú chipekkel szerelt modulok ellenben már minden tekintetben felülmúlják kiöregedett társaikat -- köszönhetően 133,33, 166,67 és 200 MHz-es chipjeiknek.

A DDR jelene és jövője

A saga folytatódik. A JEDEC által jóváhagyott leggyorsabb DDR szabvány a DDR400. A sebesség további erőből való növelésével szemben ismét célszerűbbnek látszott az eddig jól sikerült mutatvány tovább fokozása. Az órajelarányos sávszélesség megduplázásához a feladat most az, hogy egy órajelre a chipek sávonként 4 bitet préseljenek ki magukból.

Jelenleg a négyszeresen pumpált adatátvitel (a Pentiumok és Celeronok buszrendszere ilyen) kivitelezése elektronikailag túlságosan drága a memóriák szempontjából, ezért a DDR adatbusznak maradnia kellett. Így ehhez a megoldáshoz 256 bitesre kellett szélesíteni belül a modulokat, a kommunikációs buffer sebességét pedig a chipek órajelének kétszeresére kellett emelni, hogy az egy (busz)sávra egyszerre érkező 4 bitnyi adatot kétszer kettes blokkokba rendezve képes legyen az adatbusz jelének fel- illetve leszálló ágában továbbítani.

Innen a DDR3 koncepciója már kézenfekvő. Órajelenként 8 bitet kell továbbítania egy buszsávhoz a chipeknek, azaz a belső szélesség már 512 bit. Az I/O buffer órajele ekkor már négyszerese a chipekének, feladatához mérten szinkronban az adatbusz valódi órajelével, amely a chipekhez képest azonban már nyolcszoros effektív frekvencián fut ekkor. Ezek alapján valószínűsíthető, hogy a Samsung által demózott DDR3 prototípusokon található chipek 133,33 MHz valódi órajelen futottak, amely kétharmada a DDR400 valós órajelének, miközben sávszélessége ennek ellenére is 2,67-szerese. Azonos órajel esetén a fölény elméletileg négyszeres a papírforma alapján.

Működési elv
Egyes memóriatípusok összehasonlítása 100 MHz-es chipórajelen

Mielőtt csettintenénk egy jóízűt, sajnos ismét fel kell hívnunk a figyelmet a sávszélesség ilyetén fokozásának legnagyobb hátrányára: a késleltetés abszolút és relatív növekedésére. Hogy szemléltessük a kérdést, egy elméleti konstrukcióban vegyünk egy-egy DDR-400, DDR2-400 illetve DDR3-400 chipekkel szerelt modult. A memóriachipek valód órajelei sorrendben ekkor 200, 100 és 50 MHz -- azaz a DDR3 késleltetése időben (nanosecundum) és a processzor órajelében mérve több mint négyszeresére fog növekedni.

Erőteljesen véletlenszerű memóriahozzáférés esetén ez rengeteg processzoridő elpazarlásához vezet. A DDR2 és DDR3 modulok magasabb késleltetése várhatóan az AMD Opteron és Athlon 64 processzoraira lesz rosszabb hatással, mivel integrált memóriavezérlő révén sokkal nagyobb arányban romlik a hozzáférés késleltetése, mint a Pentium 4 és Celeronok esetében.

Miközben sávszélességük azonos, a késleltetés drasztikusan növekszik. Tehát a DDR2 kétszeres, a DDR3 négyszeres sávszélesség mellett is csak megközelíteni fogja a DDR modulok késleltetését, ez pedig nem igazán jó hír, hiszen így a memória processzorhoz viszonyított reakcióképessége úgy néz ki, nem javul a jövőben, legalábbis az évtized végéig számottevően nem -- a Rambus által propagált XDR memória (a PlayStation 3 is ilyet fog használni) sem alacsony késleltetéséről, mint inkább brutális átviteléről ismert.

Az Intelnek, úgy néz ki, mégiscsak igaza volt abban, hogy a számítástechnika a folyamszerű memóriaátvitel felé mozdul, amihez a magas processzorórajel alkalmasabb. Szerencsétlenségére viszont közbeszólt a mikroelektronika, vagy méginkább a kvantummechanika törvényszerűségeinek egyre erősebb működése, így a szivárgási áram elharapózódása bojkottálta egy időre a frekvencia egekig való srófolását. Addig is a hamarosan érkező kétmagos processzorok száját sem lesz könnyű feladat betömni.

Véleménye van?

A cikk több oldalból áll:
Facebook
Adatvédelmi okokból az adott hír megosztása előtt mindig aktiválnod kell a gombot! Ezzel a megoldással harmadik fél nem tudja nyomon követni a tevékenységedet a HWSW-n, ez pedig közös érdekünk.