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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Заключение
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.