(источник)
Не так давно был опубликован стандарт на DDR4 SDRAM – оперативную память нового поколения. Стандарт во всех деталях описывает устройство памяти, но о том, в чём, собственно, отличия от памяти предыдущего поколения, или какие преимущества сулит переход на DDR4 сказано или совсем немного или не сказано вообще (вероятно, в надежде на фантазию читателей :-) ).
В этом посте я постараюсь изложить основные отличия DDR3 от DDR4, и какие преимущества несет для конечных пользователей новый стандарт памяти.
Увеличение объема и производительности
Одно тонкое, но в то же время важное отличие, заключается в том, как организованы чипы памяти.
8Gb x4 DDR4 чип обычно состоит из 4 групп банков, по 4 банка в каждой группе. Каждый банк такого чипа содержит 131.072 (217) строк (rows), по 512 байтов каждая. Для сравнения 8Gb x4 DDR3 чип содержит 8 независимых банков, 65.536 (216) строк на банк, по 2048 байтов в каждой строке. При равном объеме, у DDR4 чипа в два раза больше банков и гораздо короче строки памяти. Это означает, что новая память может переключаться между банками памяти гораздо быстрее, чем это делала DDR3. В частности, для 8Gb x4 DDR4 чипов, заявленных как 1600 MT/s compatible, показатель tFAW(Four-bank Activation Window) равен 20ns, что вдвое меньше, чем у DDR3 (40ns). Это означает, что DDR4 чипы памяти могут открывать произвольные строки в разных банках в два раза быстрее, чем DDR3.
Сравнение DDR3 и DDR4 показывает, что наибольший модуль DDR3, который теоретически может быть сконструирован, будет иметь размер 128GB (используя QDP (quad die package – упаковка четырех чипов в один корпус) и 8Gb кристаллы) (рис. 1). Для DDR4, используя 16Gb кристаллы, и восьмислойную упаковку кристаллов в чип, теоретически можно создать модуль памяти объемом до 512GB. Количество контактов на модулях DDR4 увеличилось до 284, чтобы адресовать такой объем памяти. Каждый чип DDR4 памяти может представлять собой стек из 2, 4 или 8 кристаллов DRAM. Стек из 8 слоёв описан в дополнениях к спецификации и скорее всего потребует использования TSV (through silicon via) для своей практической реализации.
В целом все эти изменения направлены на создание модулей памяти большей ёмкости и увеличение производительности.
Рисунок 1. Сравнение модулей DDR3 и DDR4 (источник)
Улучшенная энергоэффективность
Другая важная часть спецификации DDR4 – повышение энергоэффективности по сравнению с DDR3. Кроме снижения напряжения на I/O с 1.35V до 1.2V, новый стандарт также специфицирует использование более высокого уровня напряжения внутри чипов (DRAM word line 2.5V), что обеспечивает быстрый доступ в активном режиме и малый ток утечки в пассивном.
Изменилась и электрическая реализация интерфейса ввода-вывода данных. Новый интерфейс носит название pseudo-open drain (POD, «псевдо-открытый сток») и его основное отличие в том, что в схеме не протекает ток, когда на линии установлен высокий уровень напряжения. Электрические интерфейсы DDR3 и DDR4 показаны на рисунке 2.
Рисунок 2. Электрические интерфейсы data I/O для DDR3 и DDR4. (источник)
Уменьшение напряжение на I/O, изменения электрического интерфейса и уменьшение длины строк в банках памяти приводят к существенному сокращению энергопотребления по сравнению с DDR3. Предварительные оценки говорят о 30% выигрыше. Хотя, разумеется, это зависит от характера обращений к памяти, техпроцесса и многих других факторов. Такой выигрыш может использоваться для того, чтобы увеличить тактовую частоту и, соответственно, скорость работы, или для того, чтобы сэкономить немного энергии при той же производительности.
Надежность
Также, много немаловажных изменений относятся к надежности (RAS) DDR4. Например, спецификация говорит об обнаружении и коррекции чипами памяти ошибок, связанных с контролем четности команд и адресов.
Другой пример – то, что чипы DDR4 имеют режим тестирования соединений. Этот режим позволяет контроллеру памяти проверять электрические связи (и находить «обрыв» линий), гораздо быстрее, чем раньше, и без использования инициализирующих последовательностей.
Также модуль DDR4 может быть сконфигурирован так, чтобы отбрасывать команды, содержащие ошибки контроля четности. В DDR3 такие команды пропускались и доходили до чипов памяти, многократно усложняя восстановление после сбоев.
А как пример одной из необязательных «фич», которые содержит спецификация можно привести проверку контрольных сумм для записываемых в память данных.
Все эти и другие возможности направлены на то, чтобы обеспечить рост рабочих частот и объемов памяти (связанные с ростом количества ошибок в работе), при этом гарантируя стабильную работу.
С более высокой производительностью и энергоэффективностью, DDR4 память уже в 2014 году должна без труда занять своё место в многоядерных серверных и настольных системах. А затем, за счет меньшей цены за единицу объема в дополнение к другим преимуществам, DDR4 должна добраться и в другие устройства.
Автор: yurav
