`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Воспоминания о памяти

0 
 

Вопросы, связанные с памятью, неоднократно возникают у тех, кто покупает компьютер. Очень часто приходится объяснять пользователям, что в зависимости от типа памяти нужно выбирать ту или иную материнскую плату. Чтобы не превращать разговор в технический доклад, постараемся не перегружать статью обилием терминов -- кроме тех случаев, когда это необходимо.
Как-то уж так повелось, что основные дебаты сосредоточены вокруг процессоров, графических акселераторов, звуковых карт, чипсетов и всевозможных материнских плат на их основе. Память не может похвастаться столь пристальным вниманием широкой публики. А ведь ситуация, возможно, окажется в чем-то похожей на известную из басни "Листы и корни". Стандартное объяснение состоит в следующем: либо все предельно просто, либо наоборот. Однако в случае с памятью, вероятно, справедливо третье: все слишком запутано. Посудите сами: SDRAM, DDR SDRAM, RD DRAM, PC100, DDR400, PC800, PC3200 -- и это еще не все. Выход один -- нужно как следует во всем разобраться.

Именно такую цель преследовал предлагаемый вашему вниманию номер "Компьютерного Обозрения", посвятив тему недели памяти: помочь читателю разобраться в этом нагромождении аббревиатур и чисел. Из цикла опубликованных статей вы узнаете, какие существуют типы памяти и чем они отличаются друг от друга, что реально стоит за числами, присутствующими в обозначениях, познакомитесь с первыми платами, поддерживающими DDR400, а также с результатами небольшого, но весьма интересного тестирования нескольких типов памяти, работающих совместно с самым быстрым на сегодняшний день процессором Intel Pentium 4 2,8 GHz.

Однако предлагаемый материал охватывает не только технологические вопросы. Те, кто следит за рыночными тенденциями, несомненно с интересом прочтут статьи, посвященные положению на отечественном рынке памяти и наиболее значимым событиям в мире.

Как нам кажется, материал, представленный в "Теме недели", и разнообразный, и интересный, и вы не потратите время зря, прочитав его внимательно.


Введение

Оперативная память современного компьютера может быть разделена на несколько типов. И хотя в основе их всех лежит "обычная" ячейка памяти, представляющая собой комбинацию из транзистора и конденсатора, благодаря различным внешним интерфейсам и устройствам взаимодействия с компьютером модули памяти все же отличаются друг от друга. Здесь и далее речь пойдет о современных модулях -- память более старых типов рассматривать не будем.

Ячейка DRAM (динамической памяти произвольного доступа), как уже было сказано, представляет собой комбинацию конденсатора и транзистора. Конденсатор может хранить заряд, а может быть разряжен (а транзистор работает ключом). Это позволяет создать два различных состояния ячейки, тем самым давая возможность сохранять логические единицы и нули -- есть заряд или нет заряда соответственно. И именно эта ячейка работает во всех современных типах памяти, не считая кэш-памяти, ячейка которой состоит из четырех или шести транзисторов (триггер), что дороже в плане числа транзисторов и занимаемой площади, но значительно быстрее в работе. И свойства всех нынешних типов оперативной памяти во многом определяются именно свойствами внешнего интерфейса памяти. Собственно, из такого устройства элементарной ячейки (и из того факта, что считывание данных из ячейки приводит к изменению ее состояния) следует несколько выводов:

1.Поскольку заряд конденсатора со временем исчезает, его необходимо восстанавливать. Эта процедура (регенерация) выполняется во время служебного цикла обновления памяти (refresh).

2.После считывания ячейки памяти содержимое ее разрушается. Соответственно, необходимо проделать обратную процедуру записи, на этот раз для восстановления верного содержимого конкретной ячейки.

3.После установления соответствующего адреса модуль памяти не сразу готов отдавать данные, а только спустя некоторое время. Как правило, все временные характеристики работы памяти объединяют общим понятием "латентность" (latency). Собственно говоря, сам термин не является строгим -- более строгим термином было бы слово "задержки".

Как уже было сказано, данную ячейку используют все современные типы памяти, и хотя робкие попытки придумать нечто новое в качестве основной запоминающей ячейки постоянно предпринимаются, тем не менее в ближайшей перспективе ни MRAM, ни FeRAM не могут выступить в роли основного продукта.

Соответственно, для большинства современных типов памяти применить что-либо другое, кроме стандартной DRAM, не удается -- разве что производители пытаются сгладить "недостатки от рождения" с помощью хитрых протоколов, специальной организации модулей и использования нескольких модулей памяти одновременно -- например, многоканальная память, механизм интерливинга (Interleaving), причем эти возможности могут быть реализованы одновременно. Кроме того, были попытки встроить некоторое количество кэш-памяти в модуль -- насколько известно автору, выпуском коммерческих продуктов они не завершились, хотя образцы памяти EDRAM/ESDRAM были продемонстрированы.

Перейдем к рассмотрению непосредственно типов оперативной памяти. На сегодняшний день наиболее распространенными являются следующие -- SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory), DDR SDRAM (Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory), DR DRAM (Direct Rambus Dynamic Random Access Memory). Как видно, даже в названиях отражено, что в какой-то степени они все друг другу родственники.


SDRAM

Самый старший тип из вышеперечисленных разновидностей. Свое название получил потому, что операции выдачи данных, их обновления (и, собственно, все остальные) синхронизированы с частотой внешней шины. Эта память до сих пор применяется в компьютерах низшего ценового диапазона в силу того, что она наиболее дешевая в производстве и достаточно быстрая для офисных машин. Работает на частотах 66 MHz (стандарт РС66), 100 MHz (стандарт РС100) и 133 MHz (РС133). Кроме того, отдельные производители (к примеру, PQI) выпускали так называемую РС166-память, рассчитанную на 166 MHz. Тут, правда, есть изрядная доля лукавства, ибо подобного стандарта JEDEC (Объединенный консорциум стандартизации электронных компонентов) никогда не принимал. Но, тем не менее, такая память существует и даже попадалась автору. Собственно, представляет она собой отборные модули РС133, способные работать на более высокой частоте. Теоретически память РС66 может выдать 533 MBps, память РС100 -- до 800 MBps, а РС133 -- до 1,06 GBps. Однако в силу того, что часть времени ячейка памяти недоступна в связи с обновлением содержимого, реальная пропускная способность в лучшем случае составляет 50% от максимальной. Кроме того, некоторое количество памяти, рассчитанной на работу в видеокартах, выпускалось для частот 166 MHz и выше (до 200 MHz).

Временнaя диаграмма работы такого модуля может быть представлена как 5-1-1-1. Первая цифра указывает, сколько тактов шины нам нужно ждать для доступа (то есть для передачи адреса и столбца, и строки) к произвольному участку ядра до того момента, пока модуль памяти начнет отдавать запрошенные данные. Следующие цифры говорят о том, что несколько идущих подряд за первым адресов памяти модуль готов выдать буквально сразу -- по одному каждый такт (очередное ухищрение, на которое пошли производители для увеличения скорости, -- считывание строки адресов "пакетом" для уменьшения задержек). Кроме того, немаловажным для конечного пользователя является вот какой факт -- в зависимости от так называемого параметра CAS (представляет собой задержку выдачи сигнала CAS; для SDRAM может принимать значения 2 или 3) реальная скорость модуля памяти различается. К примеру, в начале истории РС133 была доступна память с CAS 3. В результате, по скорости работы она не так сильно отличалась от РС100 CAS 2, как это можно было бы предположить, исходя только из тактовой частоты. В дальнейшем мы еще вернемся к этому параметру при обсуждении других типов памяти.

Перспективы данного типа памяти, в общем-то, ясны.... Постепенно она будет уходить с рынка, оставаясь только в отдельных продуктах. Ибо на сегодняшний день ее производительности уже недостаточно для современных платформ и приложений. Таким образом, покупателям нового компьютера не рекомендуется приобретать систему на основе SDRAM -- исключение возможно разве что для модернизации существующей машины.


DDR SDRAM

Память DDR отличается от предыдущей одним принципиальным нововведением: теперь данные (но не адреса!) можно получать и передавать два раза за такт -- по нисходящему и восходящему фронтам сигнала. Фактически модернизации подвергся канал между ядром и интерфейсными схемами внутри микросхемы памяти. Для памяти DDR общепринятыми являются несколько обозначений: например DDR266 или же РС2100. Заметим, что обозначения имеют разные смыслы: первое указывает частоту, с которой передаются данные (в нашем случае 266 MHz, при этом модуль работает на частоте 133 MHz), второе -- теоретическую пропускную способность модуля памяти (2100 MBps). Последнее время второе обозначение используется все чаще из маркетинговых соображений -- большие цифры легче продавать.

На сегодняшний день существуют несколько типов DDR-памяти, отличающихся по скорости. Перечислим их:

1.DDR200 (100 MHz), РС1600 MBps.
2.DDR266 (133 MHz), РС2100 MBps.
3.DDR333 (166 MHz), РС2700 MBps.
4.DDR400 (200 MHz), РС3200 MBps (официально еще не принят).

Как видно, разнообразие типов достаточно велико. Если же вспомнить, что каждый модуль может обладать латентностью CAS, равной 2, 2,5 или 3, то тогда количество вариантов возрастет еще больше (модули DDR333 CAS 2 недоступны; модули DDR400 на данный момент существуют только с CAS 3). В принципе, память каждого нового стандарта с более высокими номерами быстрее предыдущей. Однако не забываем про латентность -- из-за того что на высокой частоте относительные задержки больше, реальная скорость, к примеру, модулей DDR400 CAS 3 практически равна скорости модулей DDR333 CAS 2, невзирая на высокую теоретическую пропускную способность. Также стоит отметить, что без специальных ухищрений (к примеру, интерливинга) не удается получить скорость больше 60--65% от теоретической пропускной способности DDR-памяти.

Подводя итог, стоит сказать, что DDR-память, без сомнения, более быстрый стандарт, нежели SDRAM. Конечно, было бы ошибочным полагать, что на той же частоте можно получить двукратное увеличение производительности. Однако тестирование показывает, что на платформе AMD выигрыш от применения DDR (вернее, проигрыш от применения SDRAM) составляет до 20--25%, что весьма немало. Для платформы Intel Pentium 4 использование SDRAM чревато потерей до 30% скорости. Таким образом, применение SDRAM для современных платформ приводит к весьма заметному падению производительности.


Direct Rambus DRAM

Последний тип памяти из распространенных ныне -- Direct Rambus DRAM, названная по имени разработавшей ее одноименной компании. Суть ее в том, что вместо широкой, 64-битовой, шины на частоте до 200 MHz, которая применяется в модулях SDRAM и DDR SDRAM, используется узкая, 16-битовая, на частоте до 533 MHz (в последнее время появились модули DR DRAM с шириной шины 32 бита). При этом применяется DDR-технология передачи данных -- по восходящему и нисходящему фронту сигнала. Правда, теперь, кроме данных, на удвоенной скорости передается и командно-адресная информация. Но само по себе это новшество ничего особо не изменило бы, если бы не другой факт -- вся "соль" и все преимущества (равно как и недостатки) этой памяти связаны с контроллером Rambus-памяти. Дело в том, что такой контроллер гораздо более сложный и интеллектуальный, нежели в "обычной" SDRAM и DDR SDRAM. Это позволяет добиться очень высокой эффективности передачи данных (к примеру, эффективность канала передачи данных Rambus-памяти может достигать 98%), но расплачиваться приходится большей сложностью модуля, более жесткими схемотехническими ограничениями и большей результирующей стоимостью модулей памяти.

Скоростные модификации памяти Rambus следующие:

1.РС600 (300 MHz), 1200 MBps. Применялась в основном в "приснопамятном" чипсете i820 (а также в i840). Широкого распространения не получила.

2.РС800 (400 MHz), 1600 MBps. Эта модификация наиболее известна как Direct Rambus DRAM в виде модулей RIMM (Rambus Inline Memory Module). Применялась в чипсетах i820, i840 и i850 -- платформа Pentium 4 стартовала именно с такой памятью, и с технической точки зрения для этого были все основания. С данным типом памяти процессор развивает максимальную скорость -- пропускная способность его шины 3,2 GBps в точности компенсируется двухканальной Rambus-памятью: 2 1,6 GBps = 3,2 GBps.

3.РС1066 (533 MHz), 2,1 GBps. Возникла почти "вопреки" желанию Intel, но, тем не менее, существует и является самым быстрым решением под Pentium 4 (в комплекте с чипсетом i850E).

Тут необходимо дать некоторые пояснения. Дело в том, что данный тип памяти имеет достаточно бурную историю. Intel начала поддерживать эту разновидность наряду с выпуском чипсета i820 и переводом процессора Pentium III на шину 133 MHz. При этом маркетологи Intel всячески расхваливали преимущества такой памяти. Но это буквально единственный случай, где всемогущую Intel постигла неудача.

Дело в том, что на тот момент шина процессора имела пропускную способность в 1,06 GBps, а память Rambus -- 1,6 GBps. Из-за этого пропускная способность модуля не утилизировалась полностью. Кроме того, у Rambus-памяти есть и недостатки -- например более высокая (по сравнению со SDRAM и DDR SDRAM) латентность. В результате общая скорость, которую демонстрировали системы на i820 с памятью РС800, находилась на уровне системы с РС133-памятью, а с РС600 все обстояло еще печальнее. Ну а если припомнить, что на момент начала продаж модули Rambus-памяти стоили в 6--8 раз дороже по сравнению с PC133 DIMM, то станет понятно, что это было фиаско. Какой смысл платить намного больше денег при той же производительности? Рассуждения о более высокой теоретической пропускной способности данного типа памяти никого не утешат -- "теорией сыт не будешь".

С другой стороны, с производителями памяти компания Rambus тоже общего языка найти не смогла. Во-первых, себестоимость Rambus-памяти ощутимо выше -- поначалу даже пришлось вводить промежуточный стандарт РС700, чтобы снизить издержки. Во-вторых, за использование своей интеллектуальной собственности Rambus назначила достаточно большие комиссионные. Но и это еще полбеды. В пылу борьбы, глядя на то, что производители не выстраиваются в очередь за лицензиями, компания втихую запатентовала некоторые разработки по SDRAM из числа общедоступных и открытых (Rambus входила в JEDEC) и затем, пользуясь наличием этих, скажем так, не совсем корректно полученных патентов, стала давить на производителей, угрожая судебным преследованием. Отметим, что достаточно большое число крупных компаний сдалось, лицензировав у Rambus не только протоколы, но и память SDRAM, и даже DDR SDRAM. "Борцами за правду" выступили Hyundai (ныне Hynix) и Infineon. В результате нескольких судебных процессов патенты Rambus на SDRAM и DDR SDRAM были признаны недействительными, и справедливость (с точки зрения Infineon) восторжествовала.

Естественно, все это не способствовало популяризации данного типа памяти. Если к этому добавить еще и совершенно беспрецедентный контракт, подписанный Intel и Rambus, о том, что Intel обязуется не продвигать никакого (!) стандарта памяти с быстродействием более 1 GBps, кроме Rambus, то ситуация станет еще непригляднее. Автору неизвестно, кто и ради чего подписал подобный контракт в Intel, но дальновидным этот шаг не назовешь. В результате два года IT-индустрия наблюдала "ритуальные пляски с бубном". А для Intel этот шаг обернулся достаточно крупными потерями доли рынка чипсетов.

Однако же оставим дела давно минувших дней. На сегодня ситуация с Rambus опять двояка. С технической точки зрения платформа Pentium 4 -- как раз такая платформа, на которой хорошо проявились преимущества этого типа памяти. И память, и процессор лучше всего себя чувствуют на потоковых приложениях, когда большие массивы данных нагружают и шину процессора, и память. Тем более что подоспели новые модули РС1066, хорошо согласующиеся с новейшей 533-мегагерцевой шиной Pentium 4. При этом двухканальная Rambus-память точно соответствует по пропускной способности шине процессора (2 2,1 GBps = 4,2 GBps). Однако после всех приведенных событий Intel не горит желанием поддерживать этот стандарт и официально заявляет, что основная доля продаж ее чипсетов будет приходиться на DDR SDRAM. Так что покупателям связываться с покупкой данного типа памяти особо не рекомендуется -- разве что за исключением случая, когда максимальная производительность нужна любой ценой. В последнем варианте скорость связки Pentium 4 (533 MHz FSB) + i850E + Rambus PC1066 на данный момент является непревзойденной.

Кроме того, надо отметить появившиеся в последнее время 32-битовые модули Rambus-памяти, одно очевидное удобство которых состоит в том, что их не надо устанавливать парами. Правда, автор сомневается, что покупатели проделывают это ежедневно -- но, тем не менее, подобные модули появились и покупаются. Значит, это кому-то нужно.

MRAM и FeRAM

Главное отличие ячеек MRAM и FeRAM от существующих состоит в том, что используются другие физические эффекты для создания двух логических состояний. В MRAM принцип действия основан на зависимости сопротивления материала от приложенного магнитного поля, а в FeRAM применяется ферроэлектрический эффект некоторых материалов. Собственно, преимуществ у подобных типов несколько -- например, MRAM энергонезависима, и при включении компьютера мы сможем сразу наслаждаться работой... Кроме того, по обещаниям производителей, ничто принципиально не мешает создать ячейку MRAM со временем переключения порядка единиц наносекунд (!). Однако надежность хранения информации пока оставляет желать лучшего, равно как и размеры ячейки. Ячейка FeRAM также энергонезависима, однако при этом некоторые ее модификации намного надежнее и дольше хранят информацию. Но у них не "все ладно" со временем доступа -- порядка 160 нс. Кроме того, существуют такие нюансы, как "старение" ферромагнитных материалов. Величина ячейки также ощутимо больше таковой для DRAM, а максимальные объемы микросхем невелики -- до 8 Мb для FeRAM и еще меньше для MRAM. Отсюда ясно, что задача разработки принципиально новых типов ячеек памяти не так тривиальна.


Памятка покупателя

Что же выбрать из трех конкурирующих технологий? Какой памяти отдать предпочтение? Постараемся в меру сил предложить как можно более конкретные рекомендации. Вначале расскажем о перспективах всех трех типов памяти, перемежая их выводами о целесообразности покупки....

SDRAM. Перспектив развития никаких. Память, конечно, будет выпускаться до тех пор, пока на нее есть спрос. Но, учитывая, что себестоимость ее производства практически равна себестоимости производства DDR SDRAM, особых шансов на долгую жизнь у нее нет. Эта память постепенно будет отмирать, удерживаясь только за счет дешевизны. При этом ее применение снижает быстродействие современных платформ до 30%....

DDR SDRAM. Самая распространенная память на сегодня и в ближайшем будущем. Шире всего представлен стандарт DDR266, в последнее время набирает популярность и DDR333. DDR400 стоит признать все же некоторым перебором, ориентированным скорее на оверклокеров, нежели на рядовых покупателей. При этом производительность систем на DDR266 на платформе Pentium 4 снижается примерно на 5% (по сравнению с вариантом i850 + Rambus). Применение DDR333 выравнивает скорость системы приблизительно до уровня РС800. DDR400 по быстродействию должна слегка превосходить (когда латентность этой памяти придет в норму) платформу i850 + РС800.

Перспективы у этого типа памяти следующие: к 2004 году должен появиться "наследник" по имени DDR II (в кавычки данное слово взято потому, что общее у DDR и DDR II разве что название). По-видимому, стартует DDR II с частоты 533 MHz, подробности пока неизвестны.

DR DRAM. На сегодняшний день самая быстродействующая платформа под Pentium 4 (особенно в модификации РС1066 + i850E). Но, несмотря на это, перспективы у нее отнюдь не радужные. Данная память будет постепенно исчезать с рынка -- причем не по техническим, а скорее по маркетинговым причинам. Хотя будущее у этого вида памяти есть -- компания Rambus не так давно объявила о двух принципиально очень интересных и перспективных технологиях -- Yellowstone и Octal Data Rate, которые должны были вознести скорость передачи данных до небес. Получится это у компании или нет -- жизнь покажет. Правда, данная технология если и воплотится на рынке реальных продуктов, то попадет скорее не в компьютеры, а в сетевое оборудование (там есть потребность в высокоскоростных продуктах с низким числом контактов и уже давно используется DR DRAM).

Особого смысла покупать нынешние 32-битовые модули Rambus автор не видит, хотя каких-либо противопоказаний для такой покупки также нет.
0 
 

Напечатать Отправить другу

Читайте также

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT