Скорость чтения оперативной памяти ddr4. Спецификация оперативной памяти DDR4. Энергопотребление и энергоэффективность

Мы проверили, чем новые модули оперативной памяти DDR4 отличаются от до сих пор применяемых модулей памяти DDR3 и насколько они эффективнее предыдущего поколения оборудования.

Первая информация о памяти DDR4 появились в 2008 году. Тогда предполагалось, что она попадет в магазины в течение пяти лет и очень быстро наберет большую популярность, чем память DDR3.

Вскоре, однако, выяснилось, что используемая память имеет очень большой потенциал для развития, и быстрый переход на новый стандарт не имеет смысла. Поэтому, хотя уже несколько лет назад на различного рода выставках компьютерные компании показывали свои модели памяти DDR4, из-за отсутствия поддерживающих платформ не было возможности её практического применения. Всё изменилось в течение последнего года. Память DDR3 достигла своего предела.

Конец эпохи памяти DDR3

Хотя на рынке доступны модули с частотой DDR-2400, DDR-2800, и даже быстрее, дальнейшее ускорение оказалось практически невозможным. Правда, некоторым производителям удавалось получить более высокую тактовую частоту, но создание таких модулей памяти в массовом масштабе было невыгодно и практически невозможным.

Постоянное ускорение существующего типа оперативной памяти нецелесообразно - существенно увеличивается энергопотребление и снижается отказоустойчивость. Решением этих проблем оказались как раз модули памяти DDR4, которые имеют гораздо больше возможностей для увеличения быстродействие, а потребляют при этом значительно меньше энергии.

Нужны ли нам новые модули памяти DDR4

Да, и не только из-за скорости. Первые модели памяти нового типа не имеют большей производительности, чем модули предыдущего поколения.

Когда одна технология достигает своих пределов, а вторая только-только выходит на рынок, мы не можем заметить между ними разницы в скорости. В этом случае существенным является не производительность, а перспективность новой технологии. Поэтому уже сейчас, при модернизации компьютера , стоит задуматься над выбором платформы совместимой с новым типом памяти.

При следующей замене компонентов мы сможем применить модули нового поколения. Если через какое-то время мы поймем, что используется слишком медленная или недостаточно емкая память, то у нас не будет проблем с покупкой более мощных компонентов - иначе обстоят дела в случае памяти DDR3, которая достигла своего предела и будет медленно уходить с рынка.

Одной из сильных сторон памяти DDR4 является её энергоэффективность. В настоящее время подавляющим большинством продаваемых компьютеров являются ноутбуки, планшеты и устройства-трансформеры. Наиболее важной особенностью такого оборудования является его производительность и время работы без подзарядки, что, в свою очередь, зависит именно от энергопотребления.

Стоит ли уже менять память на DDR4

Пока что такая дилемма не имеет места, потому что ещё не доступна платформа, которая поддерживает оба типа памяти. Поэтому замена памяти приведет к замене всей платформы. Однако, следует ожидать, что скоро появятся материнские платы, поддерживающие оба типа памяти.

Стоит ли тогда поменять память DDR3 на DDR4 ? Если выбирать новый компьютер с учетом будущей модернизации, полезно будет рассмотреть такую возможность. Конечно, тогда изначально мы потратим больше, но это упростит модернизацию компьютера в будущем.

Новый вид модулей памяти

Незначительные изменения произошли во внешнем виде модуля памяти. Правда, её длина и толщина такие же, как и в случае с DDR3, однако опытный глаз заметит, что новые модули на миллиметр выше, и имеют 284 вместо 240 контактов.

Кроме того, контакты в центральной части модуля имеют большую высоту, чем на его краях. Благодаря этому установка памяти потребует использования меньшего усилия. Изменилось также положение отступов в модуле. Эта процедура делает невозможным размещение в памяти неподходящем гнезде, например, предназначенном для установки модулей памяти DDR3.

Большая скорость DDR4

В настоящее время на рынке можно найти в основном память DDR3 на частотах 1333 и 1600 M/s (миллионов операций в секунду), а модули, предназначенные для энтузиастов достигают частоты порядка 2400 или 2866 M/s.

В случае DDR4 эти параметры будут лучше, а работа на уровне 2400 M/s станет практически стандартом. Стандарт JEDEC предполагает пока что создание памяти DDR4 на скоростях от 1600 до 3200 M/s, но уже анонсировали модули уровня 4166 M/s.

Большие задержки

Увеличение скорости памяти всегда влечет за собой увеличение задержек, выраженные в циклах времени. Аналогичная ситуация будет и в этот раз. Стандарт JEDEC предусматривает, что стандартной задержкой CAS для памяти DDR4-2400 будет 15 циклов (для DDR3-1600 это было 10 циклов).

Следует, однако, иметь в виду, что на самом деле задержки не изменяются. Чтобы убедиться в этом, достаточно сделать простой расчет. Скорость памяти на уровне 1600 M/s означает её фактическую тактовую частоту размера 00 Мгц. Это означает, что один цикл длится 1/800 000 0000 сек. В этом случае задержка, выраженная в 10 циклах, составляет 12,5 наносекунд. После выполнения соответствующих расчетов для памяти 2400 M/s и 15 циклов мы получим идентичный результат.

Большая емкость памяти

Самые большие модули DDR3 имеют емкость 8 Гб. В случае памяти DDR4 можно легко достичь емкости 32 ГБ. Приняв, что на стандартной материнской плате можно разместить четыре модуля памяти, это означает, что вскоре создание компьютера, оснащенного 128 Гб оперативной памяти, будет реальностью.

Разница в производительности

Даже в случае большой разницы в скорости передачи между двумя модулями, в большинстве программ изменение производительности не будет или будет минимальным.

Увидеть преимущества от использования более быстрой памяти будет возможно только в случае использования самых требовательных приложений и игр.

Меньше потребление энергии

DDR3 необходимо напряжение 1,5V, а DDR4 - только 1,2V. По словам производителей, такое изменение напряжения должно обеспечить экономию энергии на уровне 30%. На практике экономия несколько ниже, однако, благодаря использованию нескольких инноваций, удалось достичь желаемого пола.

Помогли в том числе изменение типа сигнализации и использование DBI, то есть метода инверсии шины памяти. Он заключается в том, что если в конкретной строке данных большая часть информации составляют нули, они заменяются на единицы, а выделенный контроллер воспринимает строку данных как перевернутую.

Благодаря этому возможно более редкое выключение и включение транзисторов, что влияет на снижение расхода энергии и улучшение стабильности сигнала.

Появление на рынке ОЗУ DDR4 пошатнуло незыблемые позиции ее предшественника. Она обладает более высокими техническими характеристиками и у многих пользователей возник закономерный вопрос, какая планка ОЗУ лучше? Многочисленные тесты и сравнения оперативной памяти четвертого поколения с DDR3 показывают, в чем заключается разница между ними. При выборе модуля памяти формата DDR3 следует учитывать, что у него отсутствует совместимость с DDR4.

Компьютера — один из компонентов, который отвечает за его производительность: скорость обработки информации и максимальный объем данных, обрабатываемых в данный момент. До 2015 года первые позиции прочно удерживало ОЗУ третьего поколения DDR3, но с появлением DDR4 ситуация начала меняться в сторону последней модификации. Появление оперативной памяти четвертого поколения вызвало большой ажиотаж на рынке компьютерной техники, одновременно с этим возник закономерный вопрос, что лучше DDR3 или DDR4 и не является ли появление последней модели обычным маркетинговым ходом?

История развития DDR4

Разработкой ОЗУ четвертого поколения компания JEDEK занялась еще в далеком 2005 году, когда самой современной модификацией была DDR2. Инженеры компании уже в то время осознали, что второе поколение оперативной памяти не сможет отвечать требованиям, стремительно развивающимся процессорам и остальным комплектующим ПК. Даже анонсированный выход ОЗУ третьего поколения не сможет в полной мере справиться с поставленной задачей. Для решения проблемы не достаточно простого увлечения скорости обработки данных как это было сделано в DDR3. Необходимо учитывать такие параметры как энергопотребление и объем, которые влияют на пропускную способность устройства.

Внимание! Для работы со специализированными программами: пакеты для объемного проектирования, редакторы фото или видео главным параметром выбора оперативной памяти является ее пропускная способность, т. е. скорость обработки информации.

В 2015 году с появлением на рынке платформ Socket LGA1151 пользователям ПК представилась возможность произвести сравнительный анализ ОЗУ третьего и четвертого поколения в одинаковых условиях.

Технические характеристики

Прежде чем говорить, что лучше DDR3 или DDR4 и проводить их сравнения следует подробно ознакомиться с их техническими характеристиками и возможностями, а также их преимуществами и недостатками. Данный подход позволит правильно и точно определить будущее модулей памяти и выявить перспективный образец.

DDR3

Основными характеристиками для оперативной памяти не зависимо от ее поколения являются следующие характеристики:

• Частота. ОЗУ третьей модели выпускается с частотой 1066 МГц, 1333 МГц и 1600 МГц, а последняя модификация имеет 1866 МГц. При помощи разгона памяти ее частоту можно повысить до 2400 – 2666 МГц. Максимальное значение этого параметра при разгоне, которое было получено в лабораторных условиях, составляет 4620 МГц.
• Напряжение. Энергопотребление варьируется в диапазоне 1,5 – 1,8 В. Последняя версия DDR3L способна работать при низком напряжении 1,25 – 1,35 В. Индекс L означает Low Power (с англ. – малая мощность).
• Время простоя. Для определения производительности планки памяти одним из важных параметров являются тайминги или латентность (CL), т. е. задержка при передаче информации. DDR3 1600 МГц имеет задержку равную 9 тактам, для получения временного значения необходимо 1 сек. разделить на 1600 млн. тактов и получаем 0,625 мс на 1 такт. Результат умножаем на 9 тактов и получаем 5,625 нс. Далее умножаем на 2 (количество потоков передачи данных) и время задержки составляет 11,25 нс.

Совет. Значение латентности можно определить из маркировки оперативной памяти после букв CL. Соответственно, чем ее значение меньше, тем выше производительность устройства.

DDR4

ОЗУ четвертого поколения обладает более высокими параметрами технических характеристик, за счет которых оно обходит своего предшественника.

Сравнение DDR3 и DDR4

Исходя из технических характеристик видно, что время задержки у DDR4 выше, чем у ее предшественника. Однако при линейном чтении данных или их сохранении за счет практически не меняющихся таймингов эта разница компенсируется, и ОЗУ четвертой модели выигрывает. При работе в многопоточном режиме за счет меньшей латентности выигрывает DDR3 в пределах статистической погрешности. Выполняя сжатие файлов большого размера (объем от 1,5 ГБ и выше), потраченное время на операцию у DDR4 на 3 % меньше, чем у DDR3. Спецификация оперативной памяти третьего поколения предусматривает использование Vddr напряжение. При осуществлении энергозатратных операций оно повышается за счет встроенных преобразователей, тем самым происходит обильное излучение тепла. Модуль DDR4 получает необходимое напряжение от внешнего источника питания (Vpp).

В ОЗУ четвертой модели реализована технология Pseudo-Open Draid, она позволила полностью устранить утечки тока, что наблюдалось в предыдущей версии, где используется Series-Stub Terminated Logic. Применение данного интерфейса для ввода и вывода данных позволило снизить потребление энергии до 30 %. Что касается объема памяти планки DDR4, то минимальное значение составляет 4 ГБ, а для DDR3 оно является оптимальным т. к. максимальное равно 8 ГБ. Структура оперативной памяти третьего поколения позволяет разместить до 8 банков памяти с длиной строки 2048 байт. Последняя модификация ОЗУ имеет 16 банков и длину строки 512 байт, что увеличивает скорость переключения между строками и банками.

Из сравнения DDR3 и DDR4 можно сделать вывод, что последнее поколение ОЗУ обходит своего предшественника практически по всем параметрам, но эта разница мало заметна для обычного пользователя. DDR3L 1600 МГц в сочетании с Intel Core i5 практически не уступают DDR4. ОЗУ четвертого поколения рекомендуется устанавливать для современных игр или работы в специализированных программах, которые требуют большого объема памяти и высокой скорости обработки данных.

Сравнение оперативной памяти DDR 3 и DDR 4: видео

Ассортимент доступной памяти DDR4 на рынке постепенно увеличивается. На сегодняшний день эта память совместима лишь с материнскими платами на основе чипсета Intel X99 и, соответственно, процессорами c кодовым наименованием Haswell-E (разъем LGA2011-v3). Собственно, тот факт, что память DDR4 совместима только с указанной платформой Intel, уже означает, что она предназначена для самых производительных на сегодняшний день ПК. Все материнские платы на чипсете Intel X99 поддерживают до 64 ГБ памяти DDR4 в четырехканальном режиме (при условии, что на плате имеется восемь слотов для модулей памяти). Сразу оговоримся, что речь идет о нерегистровой (UDIMM) памяти non-ECC. Дело в том, что на некоторых платах с чипсетом Intel X99 реализована поддержка серверных процессоров семейства Intel Xeon E5 v.3 (имеющих тот же разъем LGA2011-v3 и ту же архитектуру процессора). В этом случае поддерживается память c ECC, причем как регистровая (RDIMM), так и нерегистровая (UDIMM), а максимальный объем памяти составляет уже 128 ГБ. Однако серверную память мы рассматривать в данной статье не будем и в дальнейшем под памятью DDR4 мы будем понимать нерегистровую память без ECC.

Что касается емкости модулей памяти DDR4, то в продаже имеются модули емкостью 4 ГБ (они наиболее распространены) и 8 ГБ. Память DDR4 поступает в продажу как в виде отдельных модулей, так и в виде комплектов, состоящих из двух, четырех и даже восьми модулей. Но наиболее распространены комплекты из четырех модулей памяти (четырехканальные комплекты). Соответственно, суммарная емкость такого комплекта может быть либо 16, либо 32 ГБ. Наиболее распространенными сегодня на рынке являются четырехканальные наборы памяти с суммарной емкостью 16 ГБ, то есть наборы из четырех модулей памяти с емкостью каждого модуля 4 ГБ.

Минимальная частота памяти DDR4, предусмотренная стандартом, составляет 1066 МГц. Соответственно, эффективная частота в этом случае составляет 2133 МГц (память DDR4-2133), а пропускная способность - 17056 МБ/c (в одноканальном режиме). Максимальная частота памяти, предусмотренная стандартом, составляет 2133 МГц, ее эффективная частота в этом случае составляет 4266 МГц (память DDR4-4266), а пропускная способность - 34128 МБ/c (в одноканальном режиме). Правда, частота 2133/4266 МГц - это задел на будущее, пока такой памяти в продаже нет. Реально сегодня на рынке имеется память с эффективной частотой от 2133 МГц до 3000 МГц, причем стандартизированной, похоже, является лишь память DDR4-2133, а более скоростная память реализуется через XMP-профили.

Как правило, модули более дорогой и более скоростной памяти DDR4 оснащаются радиаторами, которые не несут никакой смысловой нагрузки, кроме привлечения внимания пользователей. Радиаторы на модулях памяти - это чисто декоративная и, по большому счету, бессмысленная вещь, поскольку чипы памяти просто не нагреваются настолько, чтобы им требовалось охлаждение с использованием радиаторов. Не будем голословными и подтвердим сказанное фактами. Для того чтобы продемонстрировать бессмысленность радиаторов на модулях памяти, мы воспользовались пирометром, позволяющим дистанционно определять изменение температуры. Для теста использовался модуль памяти DDR4-2133 (15-15-15) без радиатора, напряжение питания составляло 1,2 В. В режиме простоя температура чипов памяти составляла 31,2 °C, а при загрузке памяти с использованием стресс-теста Stress System Memory в утилите AIDA64 температура чипов памяти увеличивалась до 35,5 °C. При разгоне той же памяти до частоты 2400 МГц и напряжении питания 1,35 В в режиме простоя температура чипов памяти составляла 32,7 °C, а при загрузке памяти увеличивалась до 38,1 °C. Понятно, что при таких температурах никакого смысла в радиаторах просто нет. Кроме того, все модули памяти DDR4 емкостью 4 ГБ являются односторонними, то есть чипы памяти расположены с одной стороны модуля. Казалось бы, уж если и приклеивать радиатор, то только с одной стороны. Однако радиаторы на таких модулях памяти всегда с двух сторон - просто так красивее.

Теперь о стоимости. В первом приближении память DDR4 стоит примерно 1 тысячу рублей за 1 ГБ. То есть модуль памяти емкостью 4 ГБ стоит примерно 4 тысячи рублей, а модуль памяти емкостью 8 ГБ - 8 тысяч рублей. Однако нужно иметь в виду, что декоративные радиаторы и более высокая заявленная частота работы приводят к увеличению стоимости памяти. То есть модуль памяти DDR4-3000 будет дороже модуля памяти DDR4-2133 (при равной емкости).

AMD Radeon R7 Performance Series (R744G2133U1S)

Как бы это ни казалось странным, но компания AMD производит наборы памяти DDR4, которые на сегодняшний день совместимы только с процессорами Intel. Впрочем, об этом скромно умалчивается, а потому найти какую-либо техническую информацию о памяти DDR4 там не представляется возможным. Видимо, гордость не позволяет предавать гласности этот факт, но и отказаться от зарабатывания денег компания не желает.

По имеющейся у нас информации, на сегодняшний день AMD предлагает два четырехканальных комплекта памяти DDR4, которые отличаются лишь емкостью: это комплекты из четырех модулей с суммарной емкостью 32 ГБ (R748G2133U2S) и комплекты из четырех модулей с суммарной емкостью 16 ГБ (R744G2133U1S). Для обоих комплектов частота памяти составляет 2133 МГц, а тайминги - 15-15-15-36.

Далее мы рассмотрим комплект памяти из четырех модулей с суммарной емкостью 16 ГБ (R744G2133U1S), который относится к серии AMD Radeon R7 Performance. Как уже отмечалось, модули памяти AMD R744G2133U1S имеют частоту 2133 МГц и тайминги 15-15-15-36, а напряжение питания составляет 1,2 В (это стандартное значение).

Заявленная частота памяти невысокая (это минимальное значение для DDR4), но велика вероятность, что данную память удастся заставить работать на более высокой частоте.

Модули памяти оснащены радиаторами охлаждения темно-серого цвета, которые представляют собой две металлические пластины, наклеенные с каждой стороны модуля. При этом сами модули являются односторонними, то есть чипы памяти расположены у них только с одной стороны.

На нашем тестовом стенде с настройками в UEFI BIOS по умолчанию память AMD Radeon R7 Performance Series (R744G2133U1S) завелась на частоте 2133 МГц с таймингами 15-15-15-36, то есть именно так, как и должно быть.

Кроме того, выяснилось, что память может работать и на частоте 2400 МГц. При запуске памяти на данной частоте автоматически устанавливаются тайминги 18-18-18-40, однако на частоте 2400 МГц данная память может работать и с таймингами 18-11-11-36.

Далее приведены результаты тестов в программе AIDA64 комплекта модулей памяти AMD Radeon R7 Performance Series (R744G2133U1S) с настройками по умолчанию (DDR4-2133; 15-15-15-36) и в состоянии разгона (DDR4-2400; 18-11-11-36).

Geil Evo Potenza GPR416GB3000C16QC

Комплект четырехканальной памяти Geil GPR416GB3000C16QC относится к серии . Это четыре модуля памяти DDR4-3000 суммарным объемом 16 ГБ (4 × 4 ГБ). Модули памяти оснащены радиаторами охлаждения бордового цвета. Сами модули памяти односторонние, то есть все чипы памяти расположены на них с одной. Вообще, нужно отметить, что радиаторы на памяти внушительно, скажем так, не выглядят. Толщина пластинок, из которых сделан радиатор, составляет менее 1 мм. Высота модуля памяти с радиатором - 47 мм.

Согласно информации на сайте производителя, на частоте 3000 МГц модули памяти Geil Evo Potenza GPR416GB3000C16QC могут работать с таймингами 16-16-16-36 при напряжении питания 1,35 В. Причем данный режим работы модулей памяти обеспечивается при активации XMP-профиля.

Отметим, что в серию четырехканальной (Quad Channel) памяти Geil Evo Potenza входят еще и комплекты памяти DDR4-2133/2400/2666/2800, а также более скоростная память DDR4-3200. Комплекты четырехканальной памяти Geil Evo Potenza DDR4-3000 тоже могут быть разными: так, кроме 16-гигабайтных комплектов есть и комплекты с суммарным объемом 32 ГБ. Могут отличаться и тайминги памяти: 15-15-15-35 или 16-16-16-36. С учетом двух возможных объемов и двух наборов таймингов в серию Geil Evo Potenza DDR4-3000 входят четыре комплекта памяти:

• GPR416GB3000C15QC: тайминги 15-15-15-35, суммарный объем 16 ГБ;
• GPR416GB3000C16QC: тайминги 16-16-16-36, суммарный объем 16 ГБ
• GPR432GB3000C15QC: тайминги 15-15-15-35, суммарный объем 32 ГБ;
• GPR432GB3000C16QC: тайминги 16-16-16-36, суммарный объем 32 ГБ.

Теперь расскажем о тех сложностях, с которыми мы столкнулись при тестировании памяти Geil Evo Potenza GPR416GB3000C16QC.

Прежде всего, отметим, что заявленная частота 3000 МГц при таймингах 16-16-16-36 и напряжении питания 1,35 В - это характеристики XMP- профиля. И, естественно, не факт, что на любой плате этот профиль сработает и что память вообще «заведется» на такой частоте. Как показывает практика, есть платы на чипсете Intel X99, которые с настойками UEFI BIOS по умолчанию пытаются сразу активировать XMP-профиль и заставить работать память при указанных характеристиках. Вот с такими платами у данного комплекта памяти будут большие проблемы и, скорее всего, он просто не заработает. В частности, мы опробовали данный комплект памяти на трех платах (Gigabyte GA X99-Gaming G1 WIFI, Asus Rampage V Extreme и ASRock Fatal1ty X99X Killer) и выяснилось, что плата ASRock Fatal1ty X99X Killer вообще не совместима с данной памятью.

А вот на платах Gigabyte GA X99-Gaming G1 WIFI и Asus Rampage V Extreme с настройками UEFI BIOS по умолчанию, память Geil Evo Potenza GPR416GB3000C16QC определялась по-разному.

Так, в случае платы Asus Rampage V Extreme комплект памяти Geil Evo Potenza GPR416GB3000C16QC определяется как DDR4-2400 с таймингами 17-15-15-35 (напряжение питания 1,2 В).

В случае платы Gigabyte GA X99-Gaming G1 WIFI этот же комплект памяти определялся как DDR4-2400, но уже с таймингами 16-16-16-35.

Теперь о самом главном. Ни на одной из наших тестовых плат память Geil Evo Potenza GPR416GB3000C16QC не смогла заработать при настройках, определенных в XMP-профиле, то есть при эффективной частоте 3000 МГц с таймингами 16-16-16-36 и при напряжении питания 1,35 В. Если же вручную установить в UEFI BIOS частоту 3000 МГц, тайминги 16-16-16-36 и напряжение питания 1,35 В, система не будет загружаться. Мы также пытались «загрубить» тайминги для частоты 3000 МГц, но все было тщетно. При такой частоте память работать отказалась.

Методом проб и ошибок было выяснено, что наш комплект памяти Geil Evo Potenza GPR416GB3000C16QC может работать на максимальной частоте 2666 МГц, не выше. Фактически, заявленная частота в 3000 МГц оказалось попросту обманкой. Впрочем, не будем делать столь громкие заявления вообще и уточним, что конкретно наш комплект памяти Geil Evo Potenza GPR416GB3000C16QC с конкретно нашим процессором Intel Core i7-5960X и нашей платой Gigabyte GA X99-Gaming G1 WIFI не соответствует заявленным характеристикам.

Для частоты 2666 МГц наилучшие тайминги, которые мы смогли найти, были следующие: 13-14-14-30. При таких таймингах на частоте 2667 МГц все работает стабильно, без зависания.

Далее приведены результаты тестов в программе AIDA64 комплекта модулей памяти Geil Evo Potenza GPR416GB3000C16QC с настройками по умолчанию (DDR4-2400; 16-16-16-35) и в состоянии разгона (DDR4-2667; 13-14-14-30).

Kingston HyperX Predator HX424C12PBK4/16

Память Kingston HyperX Predator HX424C12PBK4/16 относится к оверклокерской серии памяти Kingston HyperX Predator.

Как следует из информации , компания производит очень широкий ассортимент комплектов памяти DDR4. Ёмкость комплектов может составлять 16, 32 и 64 ГБ, количество модулей в одном комплекте может быть равным четырем или восьми, а емкость одного модуля может составлять 4 или 8 ГБ. При этом, компания производит комплекты памяти DDR4 с эффективной частотой 2133, 2400, 2666, 2800 и 3000 МГц.

На сайте компании Kingston имеется для расшифровки названия модуля памяти. Воспользовавшись данной информацией, можно понять, что в названии модуля HX424C12PBK4/16 зашифрована следующая информация: это модуль памяти UDIMM DDR4-2400 c латентностью CAS 12. Память относится к серии HyperX Predator, оснащена радиатором черного цвета, а суммарная емкость комплекта из четырех модулей составляет 16 ГБ.

На нашем тестовом стенде с настройками UEFI BIOS по умолчанию память Kingston HyperX Predator HX424C12PBK4/16 завелась на частоте 2133 МГц с таймингами 15-15-15-36 и при напряжении питания 1,2 В.

Обещанная частота в 2400 МГц с таймингами 12-13-13-35 реализуется уже через XMP-профиль. Причем для памяти Kingston HyperX Predator HX424C12PBK4/16 имеется два XMP-профиля: один для частоты 2400 МГц с таймингами 12-13-13-35 при напряжении питания 1,4 В, а второй? для частоты 2133 МГц, но с таймингами 13-13-13-36 и при напряжении питания 1,2 В.

При активации в UEFI BIOS первого XMP-профиля (для частоты 2400 МГц) память, как и должна, заводится на частоте 2400 МГц с таймингами 12-13-13-35 при напряжении питания 1,4 В. Впрочем, вручную для частоты 2400 МГц можно подобрать и более короткие тайминги. В частности, на нашем тестовом стенде память работала с таймингами 12-12-12-35 (при частоте 2400 МГц).

А вот запустить память Kingston HyperX Predator HX424C12PBK4/16 на более высокой частоте (2600 МГц) даже при загрубении таймингов нам так и не удалось.

AData XPG AX4U2400W4G16-QRZ

Компания AData в двух сериях: Consumer (пользовательская) и Gaming (игровая). Есть еще и серверная память, но ее мы сейчас не рассматриваем. Комплект памяти относится к игровой серии Gaming.

Не стоит в данном случае воспринимать слово Gaming всерьез. Это лишь маркетинговое позиционирование памяти, которое направлено на привлечение внимания. От обычной серии Consumer память серии Gaming отличается наличием декоративных радиаторов (никакой иной смысловой нагрузки радиаторы не имеют) и тем, что память серии Gaming более скоростная.

В серии AData Gaming представлено очень большое количество различных комплектов памяти. Причем любой модуль памяти серии AData Gaming можно купить отдельно (один модуль), в наборе из двух модулей и в наборе из четырех модулей. Кроме того, имеются как модули емкостью 4 ГБ, так и модули емкостью 8 ГБ. Именно с эти и связано то, что ассортимент возможных комплектов памяти AData Gaming DDR4 очень широкий.

Впрочем, разобраться в этом ассортименте несложно. Есть память DDR4-2133 с таймингами 13-13-13 и 15-15-15. С учетом возможной емкости модулей (4 и 8 ГБ), а также различной комплектацией наборов (один, два и четыре модуля), получаем, что только памяти DDR4-2133 имеется двенадцать вариантов.

Далее, есть память DDR4-2400 с таймингами 16-16-16, память DDR4-2666 c таймингами 16-16-16, память DDR4-2800 с таймингами 17-17-17 и память DDR4-3000 с таймингами 16-16-16. Опять-таки, любая память может быть представлена наборами из одного, двух и четырех модулей, а емкость модуля может быть 4 или 8 ГБ.

Есть и более скоростная память DDR4-3200/3300/3333. Но для этой памяти тайминги только 16-16-16, а модули имеют емкость 4 ГБ.

Далее мы рассмотрим комплект из четырех модулей памяти AData XPG AX4U2400W4G16-QRZ. Как несложно догадаться по названию, речь идет о модулях памяти DDR4-2400 с таймингами 16-16-16. Напряжение питания этих модулей памяти составляет 1,2 В.

На нашем тестовом стенде с настройками UEFI BIOS по умолчанию память AData XPG AX4U2400W4G16-QRZ завелась на частоте 2133 МГц с таймингами 15-15-15-36 и при напряжении питания 1,2 В.

Обещанная частота в 2400 МГц с таймингами 16-16-16 реализуется уже через XMP-профиль.

При активации в UEFI BIOS XMP-профиля память, как и должна, заводится на частоте 2400 МГц с таймингами 16-16-16-39.

На более высокой частоте завести память AData XPG AX4U2400W4G16-QRZ нам не удалось. Однако при частоте 2400 МГц можно подобрать и более хорошие тайминги. Наилучшие тайминги, которые удалось подобрать для данной памяти при частоте 2400 МГц, составили 13-12-12-36.

AData AD4U2133W4G15-B

Если предыдущий комплект AData относился к игровой серии, то комплект памяти относится к серии Consumer, то есть к самой простой серии памяти DDR4.

В серию Consumer входят модули памяти DDR4-2133 двух типов: с емкостью 4 ГБ и с емкостью 8 ГБ. В первом случае модули называются AData AD4U2133W4G15-B, а во втором - AData AD4U2133W8G15-B. Все остальные характеристики модулей абсолютно одинаковые. Эффективная частота памяти составляет 2133 МГц, тайминги 15-15-15-36, а напряжение питания 1,2 В. Модули памяти с емкостью 4 ГБ являются односторонними и основаны на чипах памяти SKhynix H5AN4G8NMFR (8 чипов по 512 МБ).

Отметим, что никаких радиаторов на модулях памяти AData AD4U2133W8G15-B не предусмотрено.

На нашем тестовом стенде с настройками UEFI BIOS по умолчанию память AData AD4U2133W8G15-B завелась без проблем в полном соответствии со спецификацией, то есть на частоте 2133 МГц с таймингами 15-15-15-36 и при напряжении питания 1,2 В.

Более того, выяснилось, что эта память может работать и на частоте 2400 МГц. При установке данной частоты тайминги в автоматическом режиме устанавливаются равными 16-17-17-40. Наилучшие тайминги, которые удалось подобрать для данной памяти без потери стабильности в работе, составили 14-14-14-36.

Тестирование

Итак, всего в нашем тестировании приняли участие пять комплектов четырехканальной памяти DDR4, каждый из которых был протестирован в двух режимах работы: с настройками по умолчанию и с настройками, соответствующими максимальному разгону.

Прежде всего, отметим, что все комплекты памяти, за исключением Geil Evo Potenza GPR416GB3000C16QC, по умолчанию определялись как память DDR4-2133 с таймингами 15-15-15-36. Во всех наших тестах все комплекты в режиме DDR4-2133 с таймингами 15-15-15-36 выдали практически одинаковые результаты. И дабы не загромождать статью лишними данными, в дальнейшем мы будем говорить просто о памяти DDR4-2133 с таймингами 15-15-15-36, подразумевая под ней любой комплект с настройками по умолчанию - за исключением памяти Geil Evo Potenza GPR416GB3000C16QC.

Для тестирования мы использовали стенд следующей конфигурации:

• процессор Intel Core i7-5960X;
• материнская плата Gigabyte X99-Gaming G1 WIFI;
• чипсет Intel X99;
• накопитель Intel SSD 520 Series (240 ГБ):
• операционная система Windows 8.1 (64-битная).

Измерение производительности проводилось с использованием реальных приложений из нашего тестового скрипта iXBT Application Benchmark 2015 . Использование синтетических тестов, которые так любят производители памяти, мы считаем в данном случае просто бессмысленным, поскольку выдаваемые ими «попугаи» не имеют никакого отношения к реальности.

Из пакета iXBT Application Benchmark 2015 мы намеренно исключили тесты, скорость выполнения которых зависит от подсистемы хранения данных (скорость копирования, скорость инсталляции и деинсталляции приложения и т. д.). Кроме того, был исключен тест Adobe After Effects CC 2014.1.1 (Test #2). Дело в том, что для данного теста в случае использования 8-ядерного (16 логических ядер) процессора Intel Core i7-5960X желательно использовать не 16, а 32 ГБ памяти. В противном случае тест будет выполняться без технологии мультипроцессинга, либо нужно принудительно уменьшить количество используемых ядер процессора. Одним словом, проще исключить этот тест, тем более что в методике имеется еще один тест с использованием приложения Adobe After Effects CC 2014.1.1. Кроме того, мы исключили тесты, которые имеют большую погрешность измерения и для получения достоверного результата требуют большого числа повторов. При тестировании памяти, когда изменение частоты и таймингов приводит лишь к мизерному росту производительности, очень важно применять тесты, в которых результат имеет очень хорошую повторяемость (с малой погрешностью измерения).

В результате мы оставили следующие тесты:

• MediaCoder x64 0.8.33.5680,
• Adobe Premiere Pro CC 2014.1,
• Adobe After Effects CC 2014.1.1,
• Photodex ProShow Producer 6.0.3410,
• Adobe Photoshop CC 2014.2.1,
• ACDSee Pro 8,
• Adobe Illustrator CC 2014.1.1,
• Adobe Audition CC 2014.2,
• WinRAR 5.11, архивирование,
• WinRAR 5.11, разархивирование.

Итак, начнем с теста по транскодированию видео с использованием приложения MediaCoder x64 0.8.33.5680. Как видим, данная задача не очень чувствительна к быстродействию памяти: худший результат отличается от лучшего всего на 6%. Интересно отметить, что память Geil Evo Potenza на частоте 2667 МГц с таймингами 13-14-14-30 демонстрирует такой же результат, что и память Kingston HyperX Predator на частоте 2400 МГц с таймингами 12-12-12-35. А на частоте 2400 МГц (с таймингами 16-16-16-35) память Geil Evo Potenza работает примерно так же, как память DDR4-2133.

В приложении Adobe Premiere Pro CC 2014.1 получаем аналогичный результат. Разница по времени выполнения теста между памятью DDR4-2133 и DDR4-2400 составляет примерно 5%. И в данном тесте память Geil Evo Potenza на частоте 2667 МГц с таймингами 13-14-14-30 демонстрирует такой же результат, что и любая другая память в режиме DDR4-2400. А на частоте 2400 МГц (с таймингами 16-16-16-35) память Geil Evo Potenza работает примерно так же, как память DDR4-2133.

В тесте на основе приложения Adobe After Effects CC 2014.1.1 разница между худшим и лучшим результатами составляет не более 5%. Вновь память Geil Evo Potenza на частоте 2667 МГц с таймингами 13-14-14-30 демонстрирует такой же результат, что и любая другая память в режиме DDR4-2400. А на частоте 2400 МГц (с таймингами 16-16-16-35) память Geil Evo Potenza работает примерно так же, как память DDR4-2133.

Приложение Photodex ProShow Producer 6.0.3410 немного более чувствительно к скорости памяти, и в нашем тесте разница между худшим и лучшим результатами составляет порядка 6%. Но опять-таки, самая «скоростная» память Geil Evo Potenza на частоте 2667 МГц работает так же, как любая другая память DDR4-2400, а на частоте 2400 МГц результаты памяти Geil Evo Potenza сопоставимы с результатами DDR4-2133.

Приложение Adobe Photoshop CC 2014.2.1 оказалось малочувствительным к скорости работы памяти. В нашем тесте разница между худшим и лучшим результатами составила порядка 3,5%. И опять «странная» память Geil Evo Potenza на частоте 2667 МГц работает примерно так же, как любая другая память DDR4-2400, а на частоте 2400 МГц результаты памяти Geil Evo Potenza сопоставимы с результатами DDR4-2133.

В тесте с использованием приложения ACDSee Pro 8 зависимость от скорости работы памяти совсем уж незначительная: разница между худшим и лучшим результатами составила порядка 1,5%. Память Geil Evo Potenza ничем приятным не удивила: на частоте 2667 МГц она работает примерно так же, как любая другая память DDR4-2400, а на частоте 2400 МГц результаты памяти Geil Evo Potenza даже немного хуже, чем результаты DDR4-2133.

В тесте с использованием приложения Adobe Illustrator CC 2014.1.1 от скорости работы памяти вообще ничего не зависит. Здесь для всех комплектов памяти в различных режимах их работы получаются одинаковые результаты.

А вот в тесте с использованием приложения Adobe Audition CC 2014.2 зависимость от скорости работы памяти хоть и незначительная, но есть: разница между худшим и лучшим результатами составила 4,8%. Для памяти Geil Evo Potenza, как и в остальных случаях, получаем следующее: на частоте 2667 МГц она работает немного хуже, чем любая другая память DDR4-2400, а на частоте 2400 МГц результаты памяти Geil Evo Potenza примерно такие же, как результаты DDR4-2133.

В тесте архивирования с использованием приложения WinRAR 5.11 разница между худшим и лучшим результатами составила 5,6%. Память Geil Evo Potenza на частоте 2667 МГц работает немного хуже, чем любая другая память DDR4-2400, а на частоте 2400 МГц результаты памяти Geil Evo Potenza примерно такие же, как результаты DDR4-2133.

В тесте разархивирования с использованием приложения WinRAR 5.11 разница между худшим и лучшим результатами составила 4%. И как всегда, память Geil Evo Potenza на частоте 2667 МГц демонстрирует результаты, типичные для памяти DDR4-2400, а на частоте 2400 МГц - результаты, типичные для DDR4-2133.

Выводы

Собственно, выводы, которые можно сделать из нашего тестирования, вполне предсказуемы. Особого смысла в высокоскоростной памяти DDR4 сегодня нет, и варианта DDR4-2133 вполне достаточно для большинства пользовательских приложений. Максимальный прирост производительности, который можно получить за счет использования скоростной памяти DDR4-2400 вместо стандартной DDR4-2133, составляет порядка 5%. И уж тем более мы не обнаружили никакой значимой разницы между модулями/комплектами разных производителей.

Причем, как выяснилось, скоростная память, которая продается под видом DDR4-2400, является на самом деле разогнанным вариантом памяти DDR4-2133, то есть режим работы DDR4-2400 реализуется только через XMP-профиль. И скорее всего, купив самую обычную память DDR4-2133, вы сможете сделать из нее DDR4-2400. Так есть ли смысл переплачивать?

Память DDR4-3000 (Geil Evo Potenza GPR416GB3000C16QC) оказалась памятью DDR4-2400, и на обещанной скорости 3000 МГц она работать попросту отказалась. Вообще, память Geil Evo Potenza GPR416GB3000C16QC очень странная. В режиме DDR4-2667 (максимальная частота, на которой ее удалось запустить) она работает как память DDR4-2400, а в режиме DDR4-2400 - как память DDR4-2133. Собственно, это пример для тех, кто считает, что высокоскоростная память - это круто.

Что касается разнообразных радиаторов причудливой формы на модулях высокоскоростной памяти, то, как мы уже говорили, это не более чем декоративный элемент. Современной памяти DDR4 даже при повышенном до 1,4 В напряжении питания радиаторы не нужны вовсе.

Прошло относительно немного времени с тех пор, как современная оперативная память стандарта DDR3 заменила собой привычные модули DDR2 и постепенно превратилась из дорогого экзотического удовольствия с сомнительной производительностью в массовый продукт, востребованный всеми сегментами рынка. Совсем недавно - каких-то три года назад, составляя публикацию FAQ по DDR3 , мне в большинстве случаев приходилось говорить о возможностях DDR3 в будущем времени.

Появление нового стандарта оперативной памяти DDR4 уже не за горами. По прогнозам экспертов JEDEC Solid State Technology Association (ранее Joint Electron Devices Engineering Council), независимой индустриальной организации по разработке и принятию стандартов в полупроводниковой промышленности, первые прототипы модулей DDR4 SDRAM появятся уже в следующем году, когда будут оформлены окончательные спецификации стандарта. Начало массового коммерческого производства DDR4 сейчас планируется на 2012 год, а полномасштабный переход с DDR3 на DDR4 ожидается ближе к 2015 году.

До недавнего времени о стандарте DDR4, впервые представленном на форуме Intel для разработчиков в Сан-Франциско в 2008 году, было известно относительно немного. В целом, обсуждались грядущие тактовые частоты, напряжение питания да предполагаемые нормы техпроцесса. Никакой особой конкретики по архитектуре чипов, топологии интерфейсов или сигнальным параметрам не было. По большому счёту, полной ясности в этих вопросах нет и сейчас, однако конференции Denali MemCon10 и MemCon Tokyo 2010, прошедшие в конце июля в Санта Клара и Токио, добавили некоторой определённости будущему стандарту.

Благодаря компании Denali в распоряжении нашей компании оказался полный пул докладов, презентаций и обсуждений, озвученных в рамках MemCon10, так что сегодня мы предлагаем вашему вниманию "выжимку" известной информации о будущем DDR4.

⇡ Как и почему DDR3 тормозит появление DDR4

Прежде всего, надо понимать одну простую вещь: переход на новый стандарт происходит не по приказу свыше или чьему-то капризу, а в связи с неспособностью продуктов предыдущего поколения справляться с поставленными задачами. То есть, потребность в DDR4 возникнет сразу же после того, как DDR3 полностью исчерпает свои возможности.

Именно в этом и заключается ключевая интрига с переносом сроков внедрения DDR4 на более поздние сроки, нежели планировалось ранее. Об этом в ходе MemCom10 подробно рассказал Билл Герваси (Bill Gervasi), вице-президент US Modular и член совета директоров JEDEC. На сегодняшний день возможности архитектуры DDR3 вряд ли можно назвать исчерпавшими себя, так что пока есть смысл продолжать развитие этого стандарта и дальше. И чем больше удастся "выжать" из DDR3, тем дальше будут переноситься сроки внедрения DDR4.

Посмотрим на сложившуюся ситуацию. По традиции, производительность нового поколения памяти обычно стартует с тех позиций, на которых "захлебнулось" предыдущее поколение. Напомним, что память DDR3 стартовала с отметки DDR3-1066, на которой остановилась экспансия массовой памяти DDR2 (DDR2-400/1066).

На сегодняшний день память DDR3-1333 представляет собой массовый общепринятый индустриальный стандарт. На рынке предостаточно модулей памяти DDR3-1600, встречаются DDR3-1866, и не счесть всевозможных нестандартных вариантов вроде DDR3-2000.

Ранее ожидалось, что возможности массовой памяти DDR3 будут исчерпаны где-то в районе производительности уровня DDR3-1600. С этой отправной точки предполагалось восхождение памяти DDR4, однако совсем недавно спецификации DDR3 пополнились стандартизированной версией DDR3-2133.

Таким образом, при наличии сертифицированных стандартных модулей DDR3-2133 появление памяти стандарта DDR4-1600 попросту теряет всякий смысл. Современный, более реалистичный роадмэп, озвученный на конференции MemCon10, предполагает, что в рамках стандарта DDR4 скорость модулей составит от DDR4-2133 до DDR4-4266.

Однако растущая производительность - не единственный "козырь", продлевающий жизнь стандарта DDR3 и отдаляющий появление DDR4. Ещё один важный момент - энергопотребление, напрямую связанное с напряжением питания чипов памяти. Первоначально предполагалось, что напряжение питания новой памяти DDR4 составит 1,2 В, и затем появятся новые поколения чипов с питающим напряжением 1,1 В и 1,05 В. В то же время, для DDR3, впервые представленной в 1,5 В варианте, экспансия должна была закончиться на нынешних 1,35 В чипах. Однако выпуск низковольтной памяти DDR3 с напряжением питания всего 1,25 В делает появление 1,2 В памяти DDR4 преждевременным, так как более высокие частоты работы памяти значительно увеличивают энергопотребление.

Третий важный момент - растущая ёмкость модулей, и здесь DDR3 вновь не готова сдавать позиции. Появление низковольтных чипов DDR3 емкостью 4 Гбит и 8 Гбит позволяет наладить выпуск очень ёмких модулей памяти с низким энергопотреблением, что также делает появление DDR4 в ближайшее время неактуальным.

⇡ Мир никогда не будет прежним: новая архитектура и топология DDR4

В своё время, при переходе от памяти DDR2 к DDR3 разработчиками нового по тем временам стандарта был сделан революционный шаг. Типичная для DDR2 топология подключения шины памяти "звёздочкой" была заменена на сетевую (Fly-by) топологию командной, адресной и управляющей шин, с внутримодульной (On-DIMM) терминацией и прецизионными внешними резисторами (ZQ resistors) в цепях калибровки.

Однако сколько верёвочке не виться, а шине с многоточечной топологией линий передач данных всё же приходит конец, как он давным-давно пришёл для графической памяти GDDR. Не те нынче скорости, не те потребности в объёмах передаваемых данных.

Как однозначно выразился по этому поводу Билл Герваси, "Multi-drop bus must die ". Применительно к стандарту DDR4 это означает, что место многоточечной топологии займут соединения типа "точка-точка", иначе не добиться значительного прироста производительности.

Из этого следует, что подсистема памяти DDR4 позволит поддерживать только один единственный модуль памяти на каждый канал. Вряд ли это окажет существенное воздействие на рынок мобильных и настольных ПК, хотя увеличение объёмов оперативной памяти не помешает никому, однако наиболее важным этот вопрос будет для серверного рынка. Как же наращивать количество памяти в условиях таких жёстких канальных ограничений?

Выходов из ситуации на сегодняшний день придумано несколько.

Первый - самый логичный: необходимо наращивать ёмкость собственно чипов и модулей памяти. Один из перспективных способов - изготовление многоярусных чипов по технологии TSV (Through-Silicon Via), которую также называют "объёмной", или просто 3D.

С многослойными (MLP) чипами флэш-памяти технология TSV имеет лишь отдалённое сходство, однако понять суть формирования чипа в самых общих чертах такая аналогия помогает. Идея, кстати, отнюдь не нова, так как ещё в 2007 году компания Samsung Electronics объявила о выпуске первых многоярусных 512-Мбит чипов DRAM по технологии TSV.

Именно эту технологию планирует использовать для выпуска DDR4 консорциум из компаний Elpida Memory, Powertech Technology и United Microelectronics (UMC). Совместными усилиями они намерены развивать технологию TSV (Through-Silicon Via) для выпуска многослойных 3D чипов, объединяющих логику и память. В рамках проекта будет разрабатываться технология выпуска многослойных чипов для норм 28-нм техпроцесса на базе технологий DRAM компании Elpida, сборочных предприятий компании PTI и производственных мощностей UMC по выпуску логики. Таким образом, планируется добиться выпуска относительно недорогих чипов памяти DDR4 очень высокой ёмкости.

Над внедрением технологии TSV также активно работает компания Hynix, которая в рамках Denali MemCon10 рассказала о собственных планах выпуска ёмких чипов DDR и GDDR на ближайшие годы. По словам представителей компании, разработка методик применения TSV в настоящее время находится в зачаточном состоянии, и пока трудно оценить, какие плюсы это может принести в будущем.

Ещё один хорошо известный и уже зарекомендовавший себя способ - использование техники так называемой "разгружающей памяти" - LR-DIMM (Load-Reduce DIMM). Суть идеи состоит в том, что в состав модуля памяти LR-DIMM входит специальный чип (или несколько чипов), буферизирующих все сигналы шины и позволяющих увеличить количество поддерживаемой системой памяти.

К примеру, на сегодняшний день компании Samsung и Micron уже освоили технологию выпуска модулей памяти стандарта DDR3 LR-DIMM объемом 32 Гб. Ничто не ограничивает применение этой технологии и при выпуске памяти DDR4. Правда, не стоит забывать про, пожалуй, единственный, но от этого не менее существенный недостаток LR-DIMM: буферизирование неизбежно ведёт к дополнительному увеличению латентности, которая у памяти DDR4 по определению будет и без того немаленькая.

Для сегмента серверных и high-end вычислений, где востребован очень большой объём памяти, предлагается совершенно иной выход из ситуации. Здесь предполагается использование высокоскоростной коммутации специальными многовходовыми чипами-коммутаторами.

Как известно, CAS-латентность (задержка между отправкой в память адреса столбца и началом передачи данных) нынешней памяти DDR3 составляет 5 - 16 тактов, для GDDR5, соответственно, 5 - 36 тактов; при этом tRFC для DDR3 составляет 90 - 350 нс. В частности, для памяти DDR3-2133 типичные тайминги составляют 12-12-12 против 9-9-9 многих модулей DDR3-1333. К сожалению, тайминги и латентность памяти DDR4 мы пока что не можем оценить даже теоретически, ибо, напомню, выпуск финальных спецификаций DDR4 планируется JEDEC не ранее 2012 года. Буфера предвыборки 8n, рассчитанную на выборку 8 слов данных за одно обращение к памяти у DDR3, действительно сменит Prefetch16 у DDR4, однако как именно это скажется на общей производительности, без знания остальных ключевых характеристик DDR4 оценить трудно.

⇡ Просуммируем

Уже сейчас, задолго до появления первых модулей памяти DDR4 SDRAM на прилавках наших магазинов, можно уверенно сказать: процесс перехода с DDR3 на DDR4 будет более сложным и более продолжительным, нежели в своё время переход с DDR2 на DDR3, который, как мы все помним, тоже был не сахар и закончился совсем недавно.

Тяжелее придётся всем - и производителям чипов, и производителям модулей памяти. За счёт изменения топологии и архитектуры памяти сложнее придётся и производителям системных плат, и системным интеграторам. Разумеется, достанется и нам, конечным пользователям, которые в итоге оплатят весь этот "праздник" перехода на новые стандарты из своего кошелька.

Отчасти переход на новый тип памяти тормозится технической неготовностью индустрии к выпуску DDR4. Например, чтобы выпускать чипы памяти DDR4 с напряжением питания хотя бы 1,2 В, необходимо сначала толком осилить 30-нм техпроцесс, а ведь в результате получится не самый экономичный чип даже по сравнению с нынешними 1,25 В вариантами DDR3 из-за более высокого энергопотребления на более высоких рабочих частотах. Меньшее напряжение питания транзисторных ядер, и, соответственно, меньшее энергопотребление чипов будут реальны только с освоением примерно 20-нм норм техпроцесса, что произойдёт не ранее 2012-2013 годов.

Острую необходимость в более производительной памяти сегодня удаётся снизить благодаря расширению спецификаций DDR3 до поддержки режима DDR3-2133, что уменьшает необходимость срочного появления нового поколения памяти. Первоначальная версия DDR4-1600 вряд ли вообще будет выпущена ввиду неактуальности.

На сегодняшний день предполагается, что модули памяти DDR4 будут представлены в вариантах от DDR4-2133 до DDR4-4266. Ожидается, что первые чипы DDR4, выпущенные с соблюдением норм 32-нм/36-нм техпроцессов, появятся уже в следующем, 2011 году, а собственно стандарт DDR4 в окончательной редакции будет принят JEDEC в 2012 году.

Затем стартует многолетняя эпопея по постепенному замещению DDR3 на DDR4, которая, по предварительным оценкам, проявит себя всерьёз к 2015 году, и затем ситуация начнёт развиваться по нарастающей.

Так что в любом случае, на сегодня основной вывод один: несколько спокойных лет с памятью DDR3 у нас ещё есть.

Вот и вышли процессоры Intel Haswell-E. сайт уже успела протестировать топовый 8-ядерник Core i7-5960X , а также материнскую плату ASUS X99-DELUXE . И, пожалуй, главной «фишкой» новой платформы стала поддержка стандарта оперативной памяти DDR4.

Начало новой эпохи, эпохи DDR4

О стандарте SDRAM и модулях памяти

Первые модули SDRAM появились еще в 1993 году. Их выпустила компания Samsung. А уже к 2000 году память SDRAM за счет производственных мощностей корейского гиганта полностью вытеснила с рынка стандарт DRAM.

Аббревиатура SDRAM расшифровывается как Synchronous Dynamic Random Access Memory. Дословно это можно перевести как «синхронная динамическая память с произвольным доступом». Поясним значение каждой характеристики. Динамической память является потому, что в силу малой емкости конденсаторов она постоянно требует обновления. К слову, кроме динамической, также существует и статическая память, которая не требует постоянного обновления данных (SRAM). SRAM, например, лежит в основе кэш-памяти. Помимо динамической, память также является синхронной, в отличие от асинхронной DRAM. Синхронность заключается в том, что память выполняет каждую операцию известное число времени (или тактов). Например, при запросе каких-либо данных контроллер памяти точно знает, сколько времени они будут до него добираться. Свойство синхронности позволяет управлять потоком данных и выстраивать их в очередь. Ну и пару слов о «памяти с произвольным доступом» (RAM). Это означает, что единовременно можно получить доступ к любой ячейке по ее адресу на чтение или запись, причем всегда за одно и то же время вне зависимости от расположения.

Модуль памяти SDRAM

Если говорить непосредственно о конструкции памяти, то ее ячейками являются конденсаторы. Если заряд в конденсаторе есть, то процессор расценивает его как логическую единицу. Если заряда нет - как логический ноль. Такие ячейки памяти имеют плоскую структуру, а адрес каждой из них определяется как номер строки и столбца таблицы.

В каждом чипе находится несколько независимых массивов памяти, которые представляют собой таблицы. Их называют банками. В единицу времени можно работать только с одной ячейкой в банке, однако существует возможность работы сразу с несколькими банками. Записываемая информация необязательно должна храниться в одном массиве. Зачастую она разбивается на несколько частей и записывается в разные банки, причем процессор продолжает считать эти данные единым целым. Такой способ записи называется interleaving. В теории, чем больше в памяти таких банков, тем лучше. На практике модули с плотностью до 64 Мбит имеют два банка. С плотностью от 64 Мбит до 1 Гбит - четыре, а с плотностью 1 Гбит и выше - уже восемь.

Что такое банк памяти

И несколько слов о строении модуля памяти. Сам по себе модуль памяти представляет собой печатную плату с распаянными на ней чипами. Как правило, в продаже можно встретить устройства, выполненные в форм-факторах DIMM (Dual In-line Memory Module) или SO-DIMM (Small Outline Dual In-line Memory Module). Первый предназначается для использования в полноценных настольных компьютерах, а второй - для установки в ноутбуки. Несмотря на один и тот же форм-фактор, модули памяти разных поколений отличаются количеством контактов. Например, решение SDRAM имеет 144 пина для подключения к материнской плате, DDR - 184, DDR2 - 214 пинов, DDR3 - 240, а DDR4 - уже 288 штук. Конечно, речь в данном случае идет о DIMM-модулях. Устройства, выполненные в форм-факторе SO-DIMM, само собой имеют меньшее число контактов в силу своих меньших размеров. Например, модуль памяти DDR4 SO-DIMM подключается к «материнке» за счет 256 пинов.

Модуль DDR (внизу) имеет больше пинов, чем SDRAM (вверху)

Вполне очевидно и то, что объем каждого модуля памяти высчитывается как сумма емкостей каждого распаянного чипа. Чипы памяти, конечно, могут отличаться своей плотностью (или, проще говоря, объемом). К примеру, прошедшей весной компания Samsung наладила серийное производство чипов с плотностью 4 Гбит. Причем в обозримом будущем планируется выпуск памяти с плотностью 8 Гбит. Также модули памяти имеют свою шину. Минимальная ширина шины составляет 64 бит. Это означает, что за такт передается 8 байт информации. При этом нужно отметить, что также существуют 72-битные модули памяти, в которых «лишние» 8 бит отведены для технологии коррекции ошибок ECC (Error Checking & Correction). Кстати, ширина шины модуля памяти также является суммой ширин шин каждого отдельно взятого чипа памяти. То есть, если шина модуля памяти является 64-битной и на планке распаяно восемь чипов, то ширина шины памяти каждого чипа равна 64/8=8 бит.

Чтобы рассчитать теоретическую пропускную способность модуля памяти, можно воспользоваться следующей формулой: A*64/8=ПС, где «А» - это скорость передачи данных, а «ПС» - искомая пропускная способность. В качестве примера можно взять модуль памяти типа DDR3 с частотой 2400 МГц. В таком случае пропускная способность будет равняться 2400*64/8=19200 Мбайт/с. Именно это число имеется в виду в маркировке модуля PC3-19200.

Как же происходит непосредственно чтение информации из памяти? Сначала подается адресный сигнал в соответствующую строку (Row), а уже затем считывается информация из нужного столбца (Column). Информация считывается в так называемый усилитель (Sense Amplifiers) - механизм подзарядки конденсаторов. В большинстве случаев контроллер памяти считывает сразу целый пакет данных (Burst) с каждого бита шины. Соответственно, при записи каждые 64 бита (8 байт) делятся на несколько частей. К слову, существует такое понятие как длина пакета данных (Burst Length). Если эта длина равна 8, то за один раз передается сразу 8*64=512 бит.

Модули и чипы памяти также имеют такую характеристику, как геометрия, или организация (Memory Organization). Геометрия модуля показывает его ширину и глубину. Например, чип с плотностью 512 Мбит и разрядностью (шириной) 4 имеет глубину чипа 512/4=128М. В свою очередь, 128М=32М*4 банка. 32М - это матрица, содержащая 16000 строк и 2000 столбцов. Она может хранить 32 Мбит данных. Что касается самого модуля памяти, то почти всегда его разрядность составляет 64 бита. Глубина же легко высчитывается по следующей формуле: объем модуля умножается на 8 для перевода из байтов в биты, а затем делится на разрядность.

На маркировке без труда можно найти значения таймингов

Необходимо сказать несколько слов и о такой характеристике модулей памяти, как тайминги (задержки). В самом начале статьи мы говорили о том, что стандарт SDRAM предусматривает такой момент, что контроллер памяти всегда знает, сколько времени выполняется та или иная операция. Тайминги как раз и указывают время, требующееся на исполнение определенной команды. Это время измеряется в тактах шины памяти. Чем меньше это время, тем лучше. Самыми важными являются следующие задержки:

• TRCD (RAS to CAS Delay) - время, которое необходимо для активации строки банка. Минимальное время между командой активации и командой чтения/записи;
• CL (CAS Latency) - время между подачей команды чтения и началом передачи данных;
• TRAS (Active to Precharge) - время активности строки. Минимальное время между активацией строки и командой закрытия строки;
• TRP (Row Precharge) - время, необходимое для закрытия строки;
• TRC (Row Cycle time, Activate to Activate/Refresh time) - время между активацией строк одного и того же банка;
• TRPD (Active bank A to Active bank B) - время между командами активации для разных банков;
• TWR (Write Recovery time) - время между окончанием записи и подачей команды закрытия строки банка;
• TWTR (Internal Write to Read Command Delay) - время между окончанием записи и командой чтения.

Конечно, это далеко не все существующие в модулях памяти задержки. Можно перечислить еще добрый десяток всевозможных таймингов, но лишь указанные выше параметры существенно влияют на производительность памяти. Кстати, в маркировке модулей памяти и вовсе указываются только четыре задержки. Например, при параметрах 11-13-13-31 тайминг CL равен 11, TRCD и TRP - 13, а TRAS - 31 такту.

Со временем потенциал SDRAM достигла своего потолка, и производители столкнулись с проблемой повышения быстродействия оперативной памяти. Так на свет появился стандарт DDR.1

Пришествие DDR

Разработка стандарта DDR (Double Data Rate) началась еще в 1996 году и закончилась официальной презентацией в июне 2000 года. С приходом DDR уходящую в прошлое память SDRAM стали называть попросту SDR. Чем же стандарт DDR отличается от SDR?

После того как все ресурсы SDR были исчерпаны, у производителей памяти было несколько путей решения проблемы повышения производительности. Можно было бы просто наращивать число чипов памяти, тем самым увеличивая разрядность всего модуля. Однако это отрицательно сказалось бы на стоимости таких решений - уж очень дорого обходилась эта затея. Поэтому в ассоциации производителей JEDEC пошли иным путем. Было решено вдвое увеличить шину внутри чипа, а передачу данных осуществлять также на вдвое повышенной частоте. Кроме этого, в DDR предусматривалась передача информации по обоим фронтам тактового сигнала, то есть два раза за такт. Отсюда и берет свое начало аббревиатура DDR - Double Data Rate.

Модуль памяти DDR производства Kingston

С приходом стандарта DDR появились такие понятия, как реальная и эффективная частота памяти. К примеру, многие модули памяти DDR работали на скорости 200 МГц. Эта частота называется реальной. Но из-за того, что передача данных осуществлялась по обоим фронтам тактового сигнала, производители в маркетинговых целях умножали эту цифру на 2 и получали якобы эффективную частоту 400 МГц, которую и указывали в маркировке (в данном случае - DDR-400). При этом в спецификациях JEDEC указано, что использовать термин «мегагерц» для характеристики уровня производительности памяти и вовсе некорректно! Вместо него необходимо использовать «миллионы передач в секунду через один выход данных». Однако маркетинг - дело серьезное, указанные в стандарте JEDEC рекомендации мало кому были интересны. Поэтому новый термин так и не прижился.

Также в стандарте DDR впервые появился двухканальный режим работы памяти. Использовать его можно было при наличии четного числа модулей памяти в системе. Его суть заключается в создании виртуальной 128-битной шины за счет чередования модулей. В таком случае происходила выборка сразу 256 бит. На бумаге двухканальный режим может поднять производительность подсистемы памяти в два раза, однако на практике прирост скорости оказывается минимален и далеко не всегда заметен. Он зависит не только от модели оперативной памяти, но и от таймингов, чипсета, контроллера памяти и частоты.

Четыре модуля памяти работают в двухканальном режиме

Еще одним нововведением в DDR стало наличие сигнала QDS. Он располагается на печатной плате вместе с линиями данных. QDS был полезен при использовании двух и более модулей памяти. В таком случае данные приходят к контроллеру памяти с небольшой разницей во времени из-за разного расстояния до них. Это создает проблемы при выборе синхросигнала для считывания данных, которые успешно решает как раз QDS.

Как уже говорилось выше, модули памяти DDR выполнялись в форм-факторах DIMM и SO-DIMM. В случае DIMM количество пинов составляло 184 штуки. Для того чтобы модули DDR и SDRAM были физически несовместимы, у решений DDR ключ (разрез в области контактной площадки) располагался в ином месте. Кроме этого, модули памяти DDR работали с напряжением 2,5 В, тогда как устройства SDRAM использовали напряжение 3,3 В. Соответственно, DDR обладала меньшим энергопотреблением и тепловыделением в сравнении с предшественником. Максимальная частота модулей DDR составляла 350 МГц (DDR-700), хотя спецификациями JEDEC предусматривалась лишь частота 200 МГц (DDR-400).

Память DDR2 и DDR3

Первые модули типа DDR2 появились в продаже во втором квартале 2003 года. В сравнении с DDR, оперативная память второго поколения не получила существенных изменений. DDR2 использовала всю ту же архитектуру 2 n -prefetch. Если раньше внутренняя шина данных была вдвое больше, чем внешняя, то теперь она стала шире в четыре раза. При этом возросшую производительность чипа стали передавать по внешней шине с удвоенной частотой. Именно частотой, но не удвоенной скоростью передачи. В итоге мы получили, что если у DDR-400 чип работал на реальной частоте 200 МГц, то в случае DDR2-400 он функционировал со скоростью 100 МГц, но с вдвое большей внутренней шиной.

Также DDR2-модули получили большее количество контактов для присоединения к материнской плате, а ключ был перенесен в другое место для физической несовместимости с планками SDRAM и DDR. Вновь было снижено рабочее напряжение. Если модули DDR работали при напряжении 2,5 В, то решения DDR2 функционировали при разности потенциалов 1,8 В.

По большому счету, на этом все отличия DDR2 от DDR заканчиваются. Первое время модули DDR2 в отрицательную сторону отличались высокими задержками, из-за чего проигрывали в производительности планкам DDR с одинаковой частотой. Однако вскоре ситуация вернулась на круги своя: производители снижали задержки и выпускали более быстрые наборы оперативной памяти. Максимальная частота DDR2 достигала отметки эффективных 1300 МГц.

Различное положение ключа у модулей DDR, DDR2 и DDR3

При переходе от стандарта DDR2 к DDR3 использовался тот же самый подход, что и при переходе от DDR к DDR2. Само собой, сохранилась передача данных по обоим концам тактового сигнала, а теоретическая пропускная способность выросла в два раза. Модули DDR3 сохранили архитектуру 2 n -prefetch и получили 8-битную предвыборку (у DDR2 она была 4-битной). При этом внутренняя шина стала в восемь раз больше, чем внешняя. Из-за этого в очередной раз при смене поколений памяти увеличились ее тайминги. Номинальное рабочее напряжение для DDR3 было снижено до 1,5 В, что позволило сделать модули более энергоэффективными. Заметим, что, кроме DDR3, существует память типа DDR3L (буква L означает Low), которая работает с пониженным до 1,35 В напряжением. Также стоит отметить, что модули DDR3 оказались ни физически, ни электрически несовместимы с любым из предыдущих поколений памяти.

Конечно, чипы DDR3 получили поддержку некоторых новых технологий: например, автоматическую калибровку сигнала и динамическое терминирование сигналов. Однако в целом все изменения носят преимущественно количественный характер.

DDR4 - очередная эволюция

Наконец, мы добрались до совершенно новой памяти типа DDR4. Ассоциация JEDEC начала разработку стандарта еще в 2005 году, однако лишь весной этого года первые устройства появились в продаже. Как говорится в пресс-релизе JEDEC, при разработке инженеры пытались достичь наибольшей производительности и надежности, увеличив при этом энергоэффективность новых модулей. Что ж, такое мы слышим каждый раз. Давайте посмотрим, какие конкретно изменения получила память DDR4 в сравнении с DDR3.

На этой картинке можно проследить эволюцию технологии DDR: как менялись показатели напряжения, частоты и емкости

Один из первых прототипов DDR4. Как ни странно, это ноутбучные модули

В качестве примера рассмотрим 8-гигабайтный DDR4-чип с шиной данных шириной 4 бита. Такой девайс содержит 4 группы банков по 4 банка в каждой. Внутри каждого банка находятся 131 072 (2 17) строки емкостью 512 байт каждая. Для сравнения можно привести характеристики аналогичного DDR3-решения. Такой чип содержит 8 независимых банков. В каждом из банков находятся 65 536 (2 16) строк, а в каждой строке - 2048 байт. Как видите, длина каждой строки чипа DDR4 в четыре раза меньше длины строки DDR3. Это означает, что DDR4 осуществляет «просмотр» банков быстрее, нежели DDR3. При этом переключение между самими банками также происходит гораздо быстрее. Тут же отметим, что для каждой группы банков предусмотрен независимый выбор операций (активация, чтение, запись или регенерация), что позволяет повысить эффективность и пропускную способность памяти.

Основные преимущества DDR4: низкое энергопотребление, высокая частота, большой объем модулей памяти