DDR4 SDRAM: различия между версиями

Шаблон:DRAM types DDR4 SDRAM (англ. double-data-rate four synchronous dynamic random access memory) — новый тип оперативной памяти, являющийся эволюционным развитием предыдущих поколений DDR. Отличается повышенными частотными характеристиками и пониженным напряжением питания.

Основное отличие DDR4 от предыдущего стандарта DDR3 заключается в удвоенном до 16 числе банков (в 2 группах банков^[1], что позволило увеличить скорость передачи. Пропускная способность памяти DDR4 в перспективе может достигать 25,6 ГБ/c (в случае повышения максимальной эффективной частоты до 3200 МГц). Кроме того, повышена надёжность работы за счёт введения механизма контроля чётности на шинах адреса и команд. Изначально стандарт DDR4 определял частоты от 1600 до 2400 МГц^[2] с перспективой роста до 3200 МГц^[3][4].

В массовое производство вышла во 2 квартале 2014 года, сперва только ECC-память,^[5] а в следующем квартале начались продажи и не-ECC модулей DDR4, вместе с процессорами Intel Haswell-E/Haswell-EP, требующих DDR4.^[6]

Ранние работы по проектированию следующего за DDR3 стандарта начались в JEDEC около 2005 года,^[7] примерно за два года до запуска DDR3 в 2007.^[8][9] Основы архитектуры DDR4 планировалось согласовать в 2008 году.^[10]

JEDEC представила информацию о DDR4 в 2010 году на конференции MemCon в Токио^[11]. Судя по слайдам «Time to rethink DDR4»^[12], новинка должна иметь и повышенную эффективную частоту (от 2 133 до 4 266 МГц), и пониженное напряжение (от 1,1 до 1,2 В) по сравнению с предыдущими стандартами, предполагаемый техпроцесс — 32 и 36 нм. Массовое производство намечалось на 2015 год, а первые образцы для создания контроллеров памяти и совместимых платформ — на 2011 год^[13][14][15].

В январе 2011 года компания Samsung представила модуль DDR4. Техпроцесс составил 30 нм, объём памяти 2 ГБ, а напряжение 1,2 В^{[16][17][18][16]}. Позднее Hynix представила свой первый модуль DDR4, который превзошёл модуль Samsung по частоте (2400 МГц вместо 2133). Hynix заявила о 80-процентном увеличении производительности памяти по сравнению с DDR3-1333.

В сентябре 2012 года JEDEC опубликовала финальный вариант спецификации DDR4^[19][20]. Последняя ревизия стандарта DDR4 была принята в ноябре 2013 года, стандарт на LPDDR4 — в августе 2014 года^[21][22].

По оценке компании Intel от апреля 2013 года, уже в 2014 году DDR4 могла бы стать основным типом памяти DRAM, и в 2015 году практически полностью вытеснить используемую ранее DDR3. По данным Intel, DDR4 потребляет на 35 % меньше энергии, чем DDR3L, а по пропускной способности превосходит память предыдущего поколения на 50 %^[23]. Однако внедрение DDR4 началось позднее^[24], и эта память займет большую часть рынка не ранее 2016 года.^[25]

Для расчёта максимальной пропускной способности памяти DDR4 необходимо её эффективную частоту умножить на 64 бита (8 байт), то есть размер данных, который может быть передан за 1 такт работы памяти. Таким образом:

• Для памяти с эффективной частотой 1600 МГц (наименьшая частота, определённая стандартом)^[3] максимальная пропускная способность составит 1600 × 8 = 12 800 МБ/c
• Для памяти с эффективной частотой 2133 МГц максимальная пропускная способность составит 2133 × 8 = 17 064 МБ/c^[26]
• Для памяти с эффективной частотой 3200 МГц (наибольшая частота, изначально определённая стандартом) максимальная пропускная способность составит 3200 × 8 = 25 600 МБ/c^[26]

Нужно учитывать, что из-за временны́х ограничений по взаимодействию с микросхемами памяти реальная пропускная способность меньше на 5—10 % от рассчитанной выше.

Современные материнские платы поддерживают многоканальные режимы работы памяти. Таким образом, итоговая эффективная пропускная способность памяти системы будет равняться пропускной способности DDR4, умноженной на количество используемых каналов.

Изначально предполагалось, что для работы DDR4 на максимальных частотах (3200 МГц)^[2] потребуется использование лишь одного модуля памяти DDR4 на канал передачи данных (прямое подключение напрямую к контроллеру с топологией точка-точка^{[27][28][29][30]}). При работе на меньших частотах, например 1866 и 2133 МГц, контроллеры памяти некоторых процессоров, в частности, Skylake (2015), могут использовать до 2 модулей памяти на канал^[31][32]. Для серверных систем используются модули RDIMM DDR4^[33] и ожидается появление модулей LRDIMM DDR4, использующих буферные микросхемы вблизи контактов модуля. Такая память сможет устанавливаться в количестве до 3 модулей на канал, при использовании совместимых платформ.^[34].

Объем кристалла DDR4 составляет от 2 до 16 Гбит, организация модулей памяти - ×4, ×8 или ×16 банков^[35] Минимальный объём одного модуля DDR4 составляет 4 ГБ, максимальный — 128 ГБ (кристаллы по 8 Гбит, упаковка 4 кристаллов в чип)^[27]. Не исключается производство модулей объёмом в 512 ГБ на базе кристаллов 16 Гбит и упаковке 8 кристаллов в чип.

DDR4 имеет 288-контактные DIMM-модули, схожие по внешнему виду с 240-контактными DIMM DDR-2/DDR-3. Контакты расположены плотнее (0,85 мм вместо 1,0), чтобы разместить их на стандартном 5¼-дюймовом (133,35 мм) слоте DIMM. Высота увеличивается незначительно (31,25 мм вместо 30,35).

DDR4 модули SO-DIMM имеют 260 контактов^[36] (а не 204), которые расположены ближе друг к другу (0,5 мм, а не 0,6). Модуль стал на 1,0 мм шире (68,6 мм вместо 67,6), но сохранил ту же высоту — 30 мм.

Отраслевой стандарт оперативной памяти DDR4, описанный в DDR4 SDRAM STANDARD JEDEC JESD79-4, не содержит каких либо сведений о наличии функций аппаратного шифрования информации.^[21]

В сентябре 2014 года были продемонстрированы модули памяти G.SKILL Ripjaws 4 Series с частотой 3333 МГц (и максимальной пропускной способностью 26 664 МБ/c), что превзошло частоту, изначально определенную стандартом.

В августе 2015 года были продемонстрированы модули памяти G.SKILL Prepares TridentZ с частотой 4233 МГц (и максимальной пропускной способностью 33 864 МБ/c).

• Начало новой эпохи. Как работает оперативная память стандарта DDR4, Ferra.ru, 31.08.2014
• Зачем переходить на DDR4?, Блог компании Intel на блог-платформе Habrahabr.ru, 20 декабря 2013
• Память DDR4: время ли разбрасывать камни? / 3dnews, 30 августа 2010
• "DDR4 – Advantages of Migrating from DDR3", Micron, 2012  (англ.)