DDR4 является последним поколением памяти на данный момент. При этом подавляющее большинство компьютеров работают на DDR3. С аппаратной точки зрения, понятно, что они отличаются, и должны отличатся, а иначе какой смысл делать новое поколение. Мы рассмотрим с точки зрения функциональных изменений.
Если посмотреть на рыночный сегмент DDR4, то он предназначен только для чипсета Intel X99. Данная платформа предназначена, только для очень производительный рабочих станций, и стоимость DDR4 (на момент написания статьи) почти в два раза больше чем DDR3.
Напряжение и энергопотребление
Память DDR3 работает на 1,5 В (1.35 В в энергосберегающем режиме), а память ddr4 работает на 1.2 В. Это означает, что RAM стандарта ddr4 будет использовать намного меньше энергии по сравнению с памятью DDR3. Только при использовании одной или двух модулей, особой разницы не заметите, но когда речь идет о сервере (здесь рассматривали, что сервера отличаются большими объемами оперативной памяти, до 500 и выше Гб), или о сотни серверов под управлением того же оборудования, модернизация оперативной памяти до ddr4 сделает весомый вклад в энергосбережение.
Скорость и пропускная способность
Типичный DDR3 характеризуются частотой от 800 МГц до 2133 МГц. 800 МГц означает, что ОЗУ обрабатывает 800 миллионов операций в секунду. У DDR4 частота начинается с 1600 МГц и до 3200 МГц. Увеличение частоты предполагает увеличение пропускной способности оперативной памяти.
Стоит отметить, что некоторые модели ( энтузиасты) DDR3 могут разгонятся до 2400 или 2866 Мгц, это наверное предел возможностей. В свою очередь четвертое поколение предусматривает создание модулей с частотой до 4166.
Это что касается самих цифр. Даст или нет прироста производительности повышенная частота зависит от многого, от материнской платы, процессора и характера выполняемых операций. Этот прирост точно не имеет линейного значения, т.е. увеличив в два раза частоту, вы не получите двукратного увеличения производительности. В целом при грамотном подходе улучшение есть.
При упоминании частоты нельзя не сказать о таймингах (задержках между подачей сигнала и непосредственно выдачей данных) оперативной памяти. Эти задержки измеряются в наносекундах, в характеристиках указываются в количествах тактов. Обозначается как CL. Известно, что при увеличении частоты возрастают тайминги.
Например, имеем типичные параметры, в соответствии со стандартом JEDEC с одной стороны — 1600 Мгц и тайминг 10 тактов (CL10). С другой стороны, память DDR4 — 2400 с задержкой 15 тактовых циклов (CL15). Может показаться, что все же задержка то больше. На самом деле, давайте посчитаем.
Память DDR3 — 1600 имеет реальную частоту шины 800 МГц. А все потому, что DDR (double-data-rate) – это удвоенная скорость передачи данных. То есть получается при реальной частоте шины 800 МГц – рабочая скорость в два раза выше 1600.
Вычисляем длину такта 1/800 000 000 = 1,25 нс (наносекунд)
Вычисляем длительность задержки 1,25 * 10 = 12,5 нс
Теперь тоже самое для 2400
1/1 200 000 000 = 0,83333 нс (наносекунд)
0,83333 * 15 = 12,499 нс
Получили такую же величину. В итоге хоть и в количествах тактовых циклов возрастает значение тайминга, реально в абсолютном выражении задержка DDR3 и 4 не меняются (только для этого случая)
Емкость и обработка ошибок
На одном модуле DDR4 может вместить минимум 2 Гб и теоретический максимум 512 гб. У третьего поколения — это 128 Гб. Получается при меньшем количестве слотов, можем организовать больший объем памяти, или при таком же количестве, намного больше . Выгода очевидна.
В дополнение к огромной емкости, памяти DDR4 способен гораздо лучше обнаруживать ошибки и способность к их коррекции. Обработка ошибок становится очень важным, при использовании большого объема памяти в система, которая контролирует операции в режиме реального времени, такие как спутники , транспортные систем и т.д.
Конструктивные отличия
Физическая конструкция DDR4 немного отличается по сравнению с памятью DDR3.
На миллиметр больше высота, расположение выемки на модуле после 284-ого контакта вместо 240 — ого. Очень интересной новинкой является разные по высоте контакты, по краям они меньше и увеличиваются смещаясь к центру. Благодаря этому нововведению установка памяти требует использования меньшего давления.
Вывод
На мой взгляд, если у вас уже есть оборудование с DDR3, не стоит специально менять материнскую плату и процессор, для того чтобы просто воткнуть последнее поколение ОЗУ. На данный момент, вы можете иметь такую же производительность и с DDR3. Через годик другой, когда задумаете купить новый девайс, DDR4 будет уже повсеместно распространен, и просто не будет вопроса стоять в выборе
На момент выхода DDR4, когда она стоила неадекватно дорого, никакого смысла переходить на неё с DDR3 в процессорах Intel Skylake не было. Но сегодня цены сравнялись (зачастую DDR4 обходится даже дешевле предшественницы, отошедшей в ряд раритетов), а новые модули DDR4 оказываются быстрее при сопоставимых задержках в работе. Поэтому сегодня данный тип ОЗУ стал по-настоящему популярным и полностью вытеснил DDR3 в производительных компьютерах. Более подробно о DDR4 вы можете прочитать в нашей статье.
Не утихают и дискуссии вокруг целесообразности перехода с платформ на базе DDR3 на аналогичные с поддержкой DDR4. Если в первые годы после выхода стандарта серийно выпускались только относительно медленные модули DDR4-2133 и DDR4-2400 со значительными задержками в работе, то в 2020 году даже высокопроизводительные DDR4-3200 перестали быть роскошью даже для бюджетных компьютеров — в современных условиях DDR4 однозначно предпочтительнее даже отборных модулей DDR3, и при этом дешевле. Особенно в компьютерах на базе процессоров AMD Ryzen второго поколения.
Сравнение поздних модулей DDR3 с аналогами DDR4 в середине жизненного цикла нового стандарта (а не расцвета, как сейчас), вы можете оценить на видео ниже:
А ещё в этот день.
С 1945 года 7 мая объявлено днем радио. До сих пор ходят споры о том, кто же первым представил это изобретение. Во многих западных странах отцом радио по-прежнему считают Гульельмо Маркони, хотя некоторые высказываются за такие известные личности, как Генрих Герц, Яков Наркевич-Иодко и Никола Тесла. Но мы-то знаем правду! 7 мая 1995 года на торжественном мероприятии ЮНЕСКО, посвященном 100-летию создания радио, совет директоров Института инженеров электротехники и электроники (IEEE) отметил демонстрацию Александра Степановича Попова как веху в электротехнике и радиоэлектронике. Статья в разделе «История» на официальном сайте IEEE утверждает, что А. С. Попов действительно был первым, но был вынужден подписать соглашение о неразглашении, связанное с преподаванием в Морской инженерной школе.
Само изобретение было представлено 7 мая 1895 года на заседании Русского физико-химического общества, где и был произведен первый сеанс радиосвязи.
А вот с именем Маркони связана менее приятная история. Он требовал повсеместного введения разработанного в его компании сигнала бедствия CQD. При этом с 1906 года Англия, Германия, Россия, США, Франция, и Япония уже использовали более простой и понятный морским радистам симметричный телеграфный кодовый сигнал SOS. Маркони это категорически не устраивало, поэтому на всех кораблях, оснащенных приемно-передающей техникой «Международной компании морской связи Маркони» (Marconi International Marine Communication Company), операторов-телеграфистов обязывали использовать менее оперативный и ассиметричный CQD.
Когда «Титаник» начал стал передавать сигналы бедствия, радисты по согласованию с капитаном шесть раз передали сигнал CQD.
Операторы телеграфных станций, которые находились в кораблях неподалёку, прекрасно знали, как должен выглядеть настоящий сигнал бедствия по международным стандартам, поэтому они не поняли главного смысла принятого сообщения. В это самое время телеграфист-оператор «Международной компании морской связи Маркони» англичанин Гарольд Коттэм как раз собирался покинуть пост на ночь и снимал верхнюю одежду. Понятное ему сообщение CQD от передатчика прилетело по счастливой случайности – когда он развязывал шнурки ботинок, наушники у него еще оставались на голове (через пять минут радиообмен мог не произойти). И даже он поначалу решил, что сигнал CQD — это чья-то шутка. Лишь позже, когда «Титаник» перешёл на сигналы SOS, корабли выдвинулись на его спасение.
7 мая 2014 года был представлен флагманский смартфон Huawei Ascend P7. Новая модель оказалась чуть толще своего предшественника (6,5 мм против 6,18 мм у Ascend P6), зато заметно улучшились характеристики. Так, устройство обзавелось системой-на-кристалле HiSilicon Kirin 910T. В ее состав входил устаревший уже на момент выхода четырехъядерный ARM Cortex-A9, функционирующий со скоростью 1,8 ГГц, и графический процессор Mali-450 MP4. Объем ОЗУ составил типичные для флагманов тех лет 2 Гбайт, внутренняя память — 16 Гбайт, которые за счет слота microSD можно расширить еще на 32/64/128 Гбайт.
Встроенный беспроводной модуль поддерживал LTE на скорости 150 Мбит/с. Естественно, было оснащение адаптерами Wi-Fi, Bluetooth 4.0, NFC и приемником GPS/ГЛОНАСС.
Новейшие модули памяти DDR4 уже несколько месяцев как поступили в продажу. Да вот незадача — пока что на соседних полках в магазинах нет ни одной материнской платы и ни одного центрального процессора, которые поддерживали бы новый стандарт ОЗУ. Однако скоро все изменится. В связи с официальным анонсом Intel Haswell-E и платформы X99 Express мы решили вспомнить, как развивалась технология DDR, а также уделить пристальное внимание новым архитектурным «фишкам» DDR4.
Оглавление
Вот и вышли процессоры Intel Haswell-E. Ferra.ru 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.
Из этой статьи вы узнаете, какими же преимуществами обладают «мозги» нового поколения, и как полученные изменения повлияют на производительность памяти. Однако для начала — небольшой экскурс в историю.
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). S RAM, 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.
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.
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:
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. Q DS 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. D DR2 использовала всю ту же архитектуру 2n-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 2n-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
Как и предшественники, DDR4 переняла архитектуру 2n-prefetch, которую JEDEC в данном случае называет 8n-Prefetch. Любой чип памяти может состоять из двух или четырех отдельных групп банков.
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 (217) 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 (216) 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
Важным изменением в стандарте DDR4 стало использование интерфейса с топологией «точка-точка» вместо шины Multi-Drop, применяемой в DDR3. Зачем это нужно? Конструкция шины Multi-Drop предусматривает использование всего лишь двух каналов для связи модулей с контроллером памяти. При использовании сразу четырех портов DIMM каждые два модуля соединяются с контроллером посредством лишь одного канала, что само собой негативно сказывается на производительности подсистемы памяти.
Схема работы шины Multi-Drop
В дизайне шины с топологией «точка-точка» для каждого DIMM-разъема предусмотрен отдельный канал, то есть каждый модуль памяти будет напрямую связываться с контроллером и не делить ни с кем этот самый канал. Подобное изменение мы уже могли видеть при переходе от шины PCI к PCI Express. Конечно, у такого подхода есть и свои недостатки. Например, двухканальные системы будут ограничены двумя разъемами DIMM, четырехканальные — четырьмя. Однако, учитывая большие объемы модулей DDR4, это не должно никак ограничивать пользователей. Об этом далее.
Схема работы шины с топологией «точка-точка»
Модуль памяти DDR4 в форм-факторе DIMM имеет 288 контактов. Количество пинов было увеличено для возможности адресации как можно большего объема памяти. Максимальная емкость модуля памяти составляет 128 Гбайт — и это при использовании кристаллов объемом 8 Гбайт и технологии QPD (Quad Die Package — упаковка четырех чипов в один корпус). Вполне возможно и применение более емких 16-гигабайтных кристаллов и более плотной упаковки (до 8 кристаллов в один корпус). В таком случае емкость модуля памяти может составить до 512 Гбайт.
Кстати, увеличится не только объем модулей памяти, но и частота чипов. В рамках стандарта DDR4 реальная частота достигнет отметки 2133 МГц.
Модуль памяти DDR4 производства Corsair
Для снижения энергопотребления и тепловыделения стандарт DDR4 предусматривает очередное снижение рабочего напряжения. На этот раз до 1,2 В. Кроме этого, внутри чипа напряжение наоборот было увеличено, что позволило обеспечить более быстрый доступ и при этом снизить токи утечки. В теории энергопотребление DDR4 будет на 30% ниже, чем у DDR3. Этот запас производители, скорее всего, будут тратить на увеличение частоты памяти.
Остальные изменения касаются надежности устройств. Например, чипы DDR4 умеют самостоятельно выявлять и исправлять ошибки, связанные с контролем четности адресов и команд. Также новый стандарт предусматривает поддержку режима тестирования соединений, благодаря которому системный контроллер может обнаружить ошибки без применения инициализирующих последовательностей DRAM. Кроме этого, был доработан регистр памяти. Теперь его можно сконфигурировать так, чтобы блокировать команды, содержащие ошибки контроля четности. Регистр памяти DDR3 не обладал такой функцией, и команды с ошибками контроля четности иногда доходили до чипов памяти, вызывая сбои в работе. Вдобавок к перечисленным возможностям стандарт DDR4 предусматривает еще несколько опциональных функций, направленных на улучшение надежности подсистемы памяти. Одной из них является проверка контрольных сумм перед записью в память.
Пока что в продаже нет ни одной материнской платы с поддержкой DDR4. Но ждать осталось недолго
Пока что память DDR4 лишь начинает распространяться, но, по некоторым прогнозам, уже к концу 2015 года DDR4 должна перехватить значительную часть рынка у DDR3.
Заключение
Вот мы и рассмотрели все новшества, которые принесет новый стандарт памяти DDR4. На бумаге все выглядит более чем привлекательно. Так, помимо стандартных улучшений (более низкое напряжение и высокие частоты), DDR4 получил поддержку новой шины и, что особенно важно для серверного сегмента, нескольких технологий для повышения надежности. Впрочем, для затравки, отметим, что совсем скоро («совсем» — означает «совсем-совсем-совсем» — прим. руководителя тестлаба) на нашем сайте выйдет подробный обзор первых DDR4-наборов.
Первой коммерческой компьютерной платформой, поддерживающей память DDR4, стала LGA2011-v3 для 6- и 8-ядерных процессоров Haswell-E. В 2015 году Intel выпустила массовые (читай — более дешевые) чипы семейства Skylake. Эти модели — переходные, в них встроен двойной контроллер памяти. Очевидно, что последующие решения Intel будут работать исключительно с DDR4. В этом году AMD наконец-то представит процессоры Zen. Известно, что они тоже будут работать с DDR4, но, возможно, «красные» поступят точно также, то есть выпустят «камни» с двойным контроллером памяти. У многих пользователей при сборке компьютера с нуля возникает вполне резонный вопрос: с какой памятью собирать системный блок на процессоре Intel Skylake? С одной стороны, DDR4 — это более прогрессивная разработка. С другой стороны, DDR3 пока стоит дешевле.
Разработка памяти стандарта DDR4 началась еще в 2005 году, больше 10 лет назад. Используется все та же архитектура 2n-prefetch, поэтому в данном типе памяти в сравнении с DDR3 нет ничего принципиально нового. D DR4 — это чистейшая эволюция. Подробно о новом типе оперативной памяти мы уже рассказывали. Преимущества четвертого поколения перед третьим очевидны: более высокие частоты работы при меньшем потреблении энергии, а также увеличение емкости чипов. Уже сейчас в продаже есть киты ОЗУ с эффективной частотой 4000+ МГц. D DR3 такими скоростными показателями похвастать не может.
Муки выбора
Итак, процессоры Intel Skylake работают и с DDR3-памятью, и с DDR4. Но не все так просто. Встроенный контроллер официально поддерживает память DDR4-1866/2133 при напряжении 1,2 В или DDR3L-1333/1600. Буква L в названии означает Low Power. То есть напряжение не должно превышать 1,35 В. Большинство «старой» DDR3-памяти работает при 1,5/1,65 В. Получается, что такие «мозги» не подходят для чипов Skylake. Вот и Intel рекомендует использовать исключительно DDR3L-1333/1600. Применение обычной DDR3, по заявлению чипмейкера, со временем выведет центральный процессор из строя.
Как вы сами понимаете, в краткосрочной перспективе проверить этот факт не представляется возможным. Тем не менее некоторые материнские платы поддерживают установку обыкновенной DDR3-памяти с напряжением 1,5 В и выше. Существуют подводные камни. Например, ASUS Z170-P D3 при установке кита DDR3-2133 (1,65 В) автоматически выставила этому набору напряжение 1,48 В. Разность потенциалов в размере 1,5 В и выше BIOS платы помечает ярко-красным цветом — сигнализирует, что достигнут критический параметр, способный повредить железо. Одновременно в списке поддерживаемой памяти ASUS Z170-P D3 есть большое количество модулей, работающих с напряжением 1,5/1,65 В. У MSI нет плат на чипсете Z170 Express с поддержкой DDR3. У ASRock и GIGABYTE, подобно решениям ASUS, тоже есть устройства с гарантированно совместимой высоковольтной памятью.
Так кто же лукавит: Intel, которая всевозможными способами старается склонить покупателя к покупке DDR4, или производители материнских плат, цепляющиеся за любую возможность продать еще немного технологичного текстолита? Боюсь, что на этот вопрос ответит лишь время.
Разные чипсеты для платформы LGA1151 и процессоров Skylake поддерживают разную память. Платы на логике H110/B150/H170 Express поддерживают только стандарты DDR3L-1333/1600 и DDR4-1866/2133. Альтернативных вариантов нет, ибо все остальное Intel приравнивает к разгону. Оверклокерскими функциями, как известно, наделены только устройства на чипсете Z170 Express. Поддерживается память вплоть до DDR4-4133. Киты DDR3 тоже разгоняются (до 3100 МГц), но в рамках описанной выше ситуации с напряжением.
Считается, что «DDR4 стоит заметно дороже DDR3». Давайте раз и навсегда покончим с этим мифом. Действительно, в 2014 году, когда Intel представила платформу LGA-2011-v3 и процессоры Haswell-E, стоимость наборов DDR4 была неадекватно высокой. Всего за полтора года ситуация заметно изменилась. Уже сегодня цена чипов DDR4 вплотную приблизилась к DDR3. Об этом я писал в одном из «Железных цехов». В этом году ведущие производители перейдут на 20-нанометровый техпроцесс. Появятся новые компьютерные платформы. Следовательно, уже в 2016 году DDR4 по стоимости минимум сравняется с DDR3. Даже сегодня разница в цене между этими типами памяти минимальная. Доказательство — ниже.
DDR4 полностью повторяет путь DDR3. На начальном этапе производители не могут предложить пользователю действительно быстрые модули. Будущее за памятью, способной работать на эффективной частоте 4000+ МГц. Такие наборы уже есть в продаже, но они считаются диковинкой, а их стоимость гипертрофирована до безобразия. Когда появятся действительно бюджетные киты DDR4-3000/4000 — тогда и наступит расцвет эпохи DDR4.
В PCMark 7 в подтестах Productivity и Creativity, имитирующих повседневную рутину домашнего компьютера (веб-серфинг, работа с текстовыми файлами, воспроизведение видео), разница между используемыми типами памяти не ощущается.
Схожая тенденция просматривается в других ресурсоемких приложениях. Кодирование видео, обработка фотографий и 3D-моделирование — во многих схожих программах изменение типа и частоты памяти не приводит к серьезному увеличению быстродействия. D DR3-1600 для таких задач более чем достаточно, но главное — производительность самого центрального процессора.
Осталось рассмотреть вариант с играми, но вы уже, наверное, догадываетесь, чем все закончится. Для этого тестирования я отобрал четыре весьма процессорозависимых программы. Если в них не будет толку от оперативной памяти, то в большинстве других игр — и подавно. Настройки — на максимум, но без зубодробительных режимов сглаживания.
В низком разрешении 1280×720 точек количество кадров в секунду, выдаваемое системой, уперлось-таки в центральный процессор. Здесь и видна разница в используемой ОЗУ. Например, в GTA V стенд с DDR4-3000 оказался на 11,2% быстрее DDR3-1600, а в Far Cry 4 — на 15%.
В заключение
Железный эксперимент показал, что нет смысла гнаться за более современной оперативной памятью. Здесь и сейчас система с DDR3L-1600 в большинстве случаев не уступает компьютеру с DDR4-2133 (и выше), а если и уступает, то всего на несколько процентов. Переплачивать за очень дорогие киты DDR4-3000/4000 тем более нет никакого смысла. Предлагаю дождаться того момента, когда подобные наборы ОЗУ станут обыденностью и существенно подешевеют — вот тогда и будет более предметный разговор.
Учитываем, что система с DDR3L-1600 в целом обойдется дешевле, ведь сэкономить получится не только на памяти, но и на материнской плате. И все же при возможности лучше собирать компьютер на DDR4. Уже в этом году ее станет больше, память заметно подешевеет. Производство DDR3, наоборот, постепенно сойдет на нет. Через два-три года обновить систему на DDR4 будет проще.
