DDR5? Да мы и с DDR4-то едва познакомились

Автор оригинала: Al Williams
  • Перевод


В январе 2020 на выставке CES представили память с максимальной скоростью DDR5 от SK Hynix. По слухам, Micron и другие производители тестируют похожие устройства. Пока их нельзя достать по обычным каналам, однако поскольку и материнских плат для них ещё нет, это не проблема. Насколько мы знаем, среди первых плат, которые смогут воспользоваться преимуществами новой технологии, будет Xeon Sapphire Rapids от Intel. Однако возникает вопрос: что это за технология?

Основы SDRAM


В целом для системы, требующей RAM, есть два основных конкурирующих варианта: статическая и динамическая память. Существуют и новые технологии, например, FeRAM и MRAM, однако классический выбор стоит между статической и динамической. Статическая RAM – это куча переключателей, по одному на бит. Настроили и забыли. А потом прочитали. А ещё она может работать очень быстро. Проблема в том, что на такой переключатель уходит обычно не менее четырёх транзисторов, а часто и шесть, поэтому в определённую область их можно запихнуть ограниченное количество. Энергопотребление часто оказывается тоже слишком высоким, хотя современные устройства могут неплохо справляться с этим.

Так что пока статическая память популярна у одноплатных компьютеров и небольших устройств, ПК или сервер не сможет разместить гигабайты статической памяти. Динамическая память использует для хранения каждого бита маленький конденсатор. Для соединения конденсатора с общей шиной всё равно нужен транзистор, но упаковать их можно плотненько. К сожалению, тут есть большая проблема: конденсаторы довольно быстро разряжаются. Нужно разработать некий способ периодического обновления памяти, или же она будет забывать. К примеру, типичный модуль DDR4 нужно обновлять каждые 64 мс.

Реальные устройства используют строки и столбцы конденсаторов для максимизации пространства и возможности обновления целого ряда за раз. Это означает, что устройство из 4096 рядов нужно обновлять каждые 15,6 мс, чтобы каждый ряд сохранял свои данные. Само обновление занимает всего несколько наносекунд.



В типичном массиве есть шина для строк и столбцов. Конденсатор соединяется с FET, который может подключать и отключать его от шины столбца. Вентиль FET соединён с шиной строки. Сигнал строки выбирает всю строку FET. У длинной шины столбцов есть своя ёмкость и сопротивление, поэтому на стабилизацию сигнала уходит какое-то время предзаряда, после чего мультиплексор считывает бит с нужного столбца. Запись проходит в обратном порядке. Если хотите, можете поиграться с симулятором памяти в браузере.

Так работает динамическая память, или DRAM. Что насчёт SDRAM? SDRAM — это динамическая память с синхронным интерфейсом с контроллером памяти. Контроллер позволяет вам собирать несколько команд сразу и обрабатывает всю логику работы со строками и столбцами, и даже умеет автоматически делать обновление памяти. Контроллер буферизует как команды, так и данные, что увеличивает пропускную способность по сравнению с многими другими технологиями.

История


История SDRAM началась в 1992, и к 2000-му году она вытеснила с рынка практически все иные разновидности DRAM. Индустриальная группа JEDEC стандартизировала интерфейс для SDRAM в 1993, поэтому при использовании памяти от разных производителей проблем обычно не бывает.

Обычная SDRAM может принимать одну команду и передавать одно слово данных за один такт. Со временем JEDEC определила стандарт двойной скорости данных, или DDR. Он всё равно принимает одну команду за цикл, однако записывает или считывает два слова за один такт. Он умеет делать это, передавая одно слово на восходящем фронте тактового сигнала, а другое на нисходящем. На практике это означает, что внутри на одну команду он читает два слова, что позволяет внутреннему таймеру работать медленнее, чем I/O. Так что если тактовая частота I/O будет 200 МГц, то внутренний таймер может работать на 100 МГц, и при этом при передаче данных всё равно будет передаваться по два слова на каждый такт I/O.



Всё это так хорошо работало, что в итоге изобрели стандарт DDR2, реорганизующий память так, чтобы внутри она работала с четырьмя словами, а потом отправляла или принимала по четыре слова сразу. Конечно, тактовая частота не менялась, поэтому увеличивалась задержка. DDR3 вновь удвоил внутренний размер данных, соответственно увеличив и задержку.

DDR4 пошёл по другому пути. Он не удвоил внутреннюю шину памяти, а сделал перемежающийся доступ к внутренним банкам памяти для увеличения пропускной способности. Уменьшение напряжения также позволяет увеличивать тактовую частоту. DDR4 появилась в 2012, хотя критическую массу набрала только в 2015.

Есть ощущение роста пропускной способности памяти? Ну практически. Рост пропускной способности примерно совпадал с ростом количества ядер в процессорах. Так что, хотя чистая пропускная способность и росла, пропускная способность в пересчёте на одно ядро на типичной машине уже довольно давно не менялась. На самом деле, с учётом быстрого роста количества ядер на типичном CPU, средняя её величина падает. Поэтому пришло время для нового стандарта.

DDR5


И вот у нас есть DDR5, определённый в 2017. Судя по отчётам, пропускная способность у DDR5-3200 SDRAM будет в 1,36 больше, чем DDR4-3200, а может быть, и ещё больше. Также мы слышим о том что размер предварительной выборки снова удвоится, по крайней мере, опционально.

Тип Пропускная способность Напряжение Предварительная выборка Год
SDR 1.6 ГБ/с 3.3 1 1993
DDR 3.2 ГБ/с 2.5 2 2000
DDR2 8.5 ГБ/с 1.8 4 2003
DDR3 8.5 ГБ/с 1.8 8 2007
DDR4 25.6 ГБ/с 1.2 8 2017
DDR5 32 ГБ/с 1.1 8/16 2019


Как видно из таблицы, за 26 лет пропускная способность по сравнению с оригинальной памятью SDR выросла в 20 раз. Неплохо. Предварительная выборка 16 слов выглядит особенно интересно, поскольку она позволит чипу заполнять типичный кэш ПК за один раз.

Есть и другие преимущества. К примеру, если вы когда-нибудь пробовали связать SDRAM с собственной схемой или FPGA, вам понравится режим контура обратной связи [loopback mode]. Если вы очень любите большие объёмы памяти, то максимальным объёмом памяти теперь будет 64 ГБ.

Кстати, есть ещё спецификация LP-DDR5 для варианта памяти с низким энергопотреблением для таких устройств, как смартфоны. Эту спецификацию выпустили в прошлом году, и пока мы не видим большой гонки производства подобных продуктов. LP-DDR4 позволяла выбрать из двух вариантов частоты, чтобы можно было жертвовать скоростью ради энергопотребления. У LP-DDR5 есть три разных варианта настройки. А есть ещё стандарты GDDR – уже до GDDR6 – для обработки графики и других высокоскоростных приложений. В перспективе, LP-DDR5 сможет работать с пропускной способностью в 6,4 Гб/с на бит I/O, а GGDR6 может похвастаться сотнями ГБ/с в зависимости от ширины слова.

И что теперь?


Если только у вас не загруженный сервер или что-то ещё, полностью загружающее все ядра вашего CPU, вы не почувствуете особой разницы между DDR4 и DDR5. Но, опять-таки, кто же не любит хороших результатов в тестах на скорость?

Кроме того, с точки зрения типичной рабочей станции, главный фокус состоит в том, чтобы иметь достаточно RAM, чтобы не слишком часто обращаться к диску. Особенно если у вас стоит диск с вращающимися пластинами, печально известными малой скоростью работы. Время на запись и чтение RAM оказывается не таким уж и существенным фактором в реальной работе. С твердотельными дисками ситуация уже не такая плохая, как раньше, однако пропускная способность типичного твердотельного диска лишь немногим больше, чем у DDR3, хотя на горизонте уже маячат более быстрые диски. Так что, если только вы не занимаетесь очень интенсивной нагрузкой множества ядер, вам лучше иметь 32 ГБ DDR3, чем 4 ГБ DDR5, поскольку больший объём памяти сэкономит вам время на более медленных операциях.

Похожие публикации

AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

Подробнее
Реклама

Комментарии 32

    +1
    Будет новый вид памяти — маркетологи при помощи обновлений виновс сделают так, что чтобы нормально работать нужно будет иметь соответствующую конфигурацию железа. Захочешь открыть фото — DDR5 или жди десять секунд, так как наша супер ОС имеет крайне полезную фунцию поиска в One Drive и расшифровки текста на фотографиях с одновременным подключением контекстной рекламы и распознаванием лиц. Всё это будет представлено как очень удобный и нужный функционал.
    Потом и хром подтянется и съесть все излишки, а Одноклассники с Вконтактиками будут с бесконечной подгрузкой и супер нужными автоматическими анимациями, это чтоб самые обычные юзеры купили новый комп.
    Горите в аду, с таким маркетингом.
      +7
      До сих пор сижу на DDR3 и ничего из описанного вами не замечал (да и на достаточном количестве DDR2 жить вполне можно).
        +1
        Указанные «моменты» обычно с процессорами/чипсетами происходят, а не с памятью.
        У меня сервер вообще с DDR2, 64 ГБ RAM, живется отлично. Правда сам сервак постоянно сыпется — то одно отвалится, то другое…
        +5

        Отличный самодостаточный комментарий сразу обо всем на свете.

          0
          Вы абсолютно правы, однако мне сегодня утром пришла вот какая мысль. Без вот этого «заложенного старения» не было бы таких бешенных темпов развития технологий. Коммерческие и военные разработки конечно хороши, но деньги рубят на масс пользователе тоже не малые, обеспечивая львиную долю прибыли корпораций. А прибыль можно пускать в исследования, что позволяет двигать науку дальше… Вот и получается, что жадность маркетологов и корпораций является не малой движущей силой развития науки и техники.
            +2

            Я до этой же мысли дошёл около месяца назад, после того, как купил стационарник на ryzen 4600 в дополнение к старому ноуту на i5, которому уже 6 лет.


            С одной стороны — разница в производительности просто колоссальная! Свободно запускаю несколько виртуалок, гружу их и они даже не пытаются мешать друг другу я в то время как на ноуте о таком даже нельзя было мечтать.


            С другой — для повседневных задач мне ноута до сих пор хватает с запасом. Да, не тянет игры. Да, тяжёлые приложения превращаются в пошаговую стратегию,… но если быть честным с самим собой, то таких задач у меня хорошо если 5-10% общего времени.


            И выходит, что если бы не маркетологи с гонкой потребления ресурсов, то вся индустрия могла бы встать колом.


            У меня вообще ощущение, что сейчас почти всю гонку железа для массового пользователя тянут на себе производители игр, благодаря стараниям которых средний игроман должен каждые 2 года делать минорный апгрейд железа, а каждые 5 лет — полностью менять весь системник.

              +1

              Почему-то нет кнопки "редактировать" :(
              Конечно же речь шла про Ryzen 3600

                +1
                Upd. Вы по видимости с мобильной версии. Да там этот косяк уже годы(как и отсутствующий колокольчик).
          +7
          … на растущем гребне часов синхронизации

          наверное это фронт тактового сигнала?

            +1
            Да, «rising edge» и «falling edge».
            0

            Настолько ни о чём пост…
            Конечно же ddr5 лучше чем ddr5, и конечно же лучше 16 gb ddr5, чем 4 gb ddr5
            Это и так всем очевидно!

              +1
              Полезнее прочитать эту короткую заметку от Rambus, где упоминается интересный момент с двумя каналами на планку.
              Насчёт объёма только странно там, 32 ГБ DDR4 модулей полно, а 64 есть в серверах.
              0
              Стоит 48gb ddr4-3600 cl16. Скорость передачи 50гб/сек на чтение и 48гб/сек на запись. Довольно далеко от того что в таблице.
              DDR5 нужна потому что сейчас становятся популярными 144/165гц мониторы. Средний fps выше 100 начинает сильно зависеть от установленной памяти. А есть еще 1% и 0,1% low. О них обычно забывают, но они не менее важны чем средний fps потому что прямым образом отображают плавность смены кадров.
              Еще DDR4 начинает не хватать для процессоров с количеством ядер >8.
                +1
                В таблице значения — на модули. А вы, скорее всего, рассуждаете о системе с двумя-тремя каналами памяти.
                  +1
                  Память в двух-канале, как это обычно бывает.
                –1
                Статья гуманитария про память для компьютеров — см выше.
                Статья грамотного технического специалиста — см. здесь.
                  –1
                  Странно что arm опередила всех x86 и выпустила поддержку  DDR5 с реальным продуктом раньше минимум на год. Судя по слухам — в этом году тоже не появится.

                  Может быть в следующем году будут ноутбуки на arm+32gb ddr5 которые начнут обгонять x86 в некоторых сценариях при дольшей жизни батарейки
                    +1
                    в каком-то смысле всех опередила nvidia, выпустив видеокарты с памятью GDDR6)
                      0
                      в этом смысле AMD + HBM гораздо важнее.

                      Но hbm вместо ддр для процессоров слишком дорого (как я понимаю). Поэтому единственный продукт о котором я знаю — это будущий японский суперкомпьютер. Который, кстати, тоже на ARM.

                      Посмотрим на новые консоли. Есть смелые слухи что они тоже могут быть с HBM.
                        0
                        GDDR6 будет.
                        Читал что HBM не заменит DDR из-за существенно больших задержек.
                          +1
                          1 gddr6 есть давно

                          en.wikipedia.org/wiki/GDDR6_SDRAM

                          > AMD officially announced the Radeon RX 5700, 5700 XT, and 5700 XT 50th Anniversary Edition on June 10, 2019. These Navi 10[19] GPUs utilize 8 GB of GDDR6 memory.[20]
                          > Nvidia officially announced the first consumer graphics cards using GDDR6, the Turing-based GeForce RTX 2080 Ti, RTX 2080 & RTX 2070 on August 20, 2018,[14] RTX 2060 on January 6, 2019[15] and GTX 1660 Ti on February 22, 2019.[16]

                          2 в профессиональных картах HBM от обоих производителей. Так что уверен — что вопрос в цене.
                          По слухам в этом году hbm перейдет в топовый консбмерский уровень
                            0
                            AMD в следующем поколении видях будут использовать HBM, на текущее они с производителем техпроцесс не успели сделать.
                            0
                            А простите. Перечитав, я понял что речь о жддр6 именно новых консолях.

                            Возможно. С учетом цены даже более вероятно.

                            Вот мой слух если что
                            www.reddit.com/r/PS5/comments/djje9h/rumour_says_ps5_will_have_24gb_hbm2

                            UPD
                            тред о задержках www.reddit.com/r/hardware/comments/aidw7l/hbm_vs_gddr6

                            Хотя я не понял ситуации с hbm3 которая уже сравнительно давно есть
                          0

                          Скорее AMD, HBM же...

                            0
                            А что с HBM?
                        +1
                        DDR4 25.6 ГБ/с
                        DDR5 32 ГБ/с

                        Маловато будет — всего 1.25 раз прироста.
                          0
                          Интересно, что мешает использовать для ОЗУ память ГДДР? На видеокартах данная память успешно используется, объемы там немалые, скорости в разы выше чем ДДР. Например ГДДР5 2000(8000)Мгц с 256битной шиной дает 256Гбит/сек
                            +1
                            На сколько мне известно — невозможно сделать разьем, только распайка.
                            Хотя лично мое мнение что мы уже должно были перейти на модули процессор+память. И концепт интела — как раз шаг в нужном направлении.
                              0
                              На сколько мне известно — невозможно сделать разьем, только распайка.


                              интересно что мешает? контактные соединения настолько хуже для таких частот? хотя та-же шина pci-express работает 2.5 ГГц и норм…
                                0

                                PCIe, всё же, последовательная шина. Как я понимаю, каждый канал работает независимо и не требует жёсткой синхронизации с остальными. А развести 256+ проводов на относительно большое расстояние, соблюдая их одинаковые характеристики, видимо, нетривиальная задача.

                                  0
                                  GDDR по-другому связывается с контроллером памяти. Каждый чип имеет свою независимую от других шину до контроллера. GPU и его память очень тесно связаны. Плюс, разное назначение и от того компромиссы. GDDR имеет более высокие задержки. GPU на это пофиг, зато GDDR дает ему большую пропускную способность, до которой CPU как раз не особо есть дело. В тех же играх DDR4 выше 3600 мало где дает какой-то профит. Зато очень часто лучше понизить частоты, чтобы подкрутить тайминги. Профита больше будет. В общем, каждому своя память под свои задачи. Вот консоли интересная штука. Там GDDR выступает как общая память для APU.
                                +2
                                GDDR ≠ DDR.
                                Широкую шину нужно суметь занять. У видеокарт сильно параллельная обработка, у ЦП — много случайного доступа. Интел делала 3й канал памяти для обычных ПК — спроса особо не было, т.к. рост скорости оказался малым, возни больше. Получается низкий КИУМ КИПП.

                              Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                              Самое читаемое