Paměti DDR míří k vyšší propustnosti

Potřeba rychlejších pamětí vystupuje spolu s nekonečným uváděním nových a výkonných procesorů na trh stále víc...


Potřeba rychlejších pamětí vystupuje spolu s nekonečným uváděním nových a
výkonných procesorů na trh stále více na světlo. Šířka pásma není jediným
problémem, který musejí výrobci paměťových čipů řešit, neboť současně je třeba
brát ohled na kompatibilitu se stávající infrastrukturou i standardizaci a
stejně tak zohlednit náročnost výroby. V současné době je připravována už druhá
generace DDR pamětí, označovaná jako DDR-II, do níž jsou vkládány zřejmě
největší naděje.
Chceme-li mluvit o technologických novinkách v oblasti pamětí, je potřeba si
uvědomit, co je největším problémem u těch současných. Mezi kritickými
parametry jsou dnes na přední místa stavěny šířka pásma a latence. Vedle
maximálního výkonu či rychlosti je však třeba vzít v potaz i problémy, které
jsou dány náročností výroby a s ní spojenými náklady tady se jako typický
případ nabízí firma Rambus, která sice ve svých pamětech používá technologicky
vyspělou architekturu, nicméně výroba je natolik nákladná, že ani podpora ze
strany Intelu jakožto největšího výrobce procesorů, jí nepomohla prosadit se v
širokém měřítku. Při uvedení procesorů Pentium 4 tak sice Intel začal
podporovat pouze paměti typu RDRAM, nicméně trhem byl "dotlačen" k tomu, že
zanedlouho začal dodávat čipsety pro SDRAM a posléze DDR SDRAM, čímž RDRAM
prakticky zcela odsunul na vedlejší kolej a bylo to otázkou několika málo
měsíců.
Důvodem, který vedl k tomu, že se Double Data Rate (DDR) SDRAM stala
dominantním typem pamětí a v podstatě standardem pro celé odvětví, je to, že
představuje přijatelnou kombinaci výkonu a ceny, přičemž je založena na
otevřeném standardu, který je posvěcen schválením organizace JEDEC Solid State
Technology Association.

Rychlé sběrnice
Výrobci procesorů se netají tím, že pro dosažení maximálního výkonu počítače
není možné spoléhat pouze na rychlost a výkon samotného procesoru. A především
během posledních 2-3 let, kdy se začaly jako na běžícím pásu objevovat
procesory s vysokou taktovací frekvencí disponující mnohými technologickými
inovacemi, se zvyšuje rozdíl mezi možnostmi (šířkou pásma, taktovací frekvencí)
současných pamětí a výkonovým potenciálem procesorů. Týká se to zejména inovací
a zrychlování systémové sběrnice procesoru, na které jejich výrobci, jež si
tuto skutečnost uvědomují, začali klást větší důraz. Konkrétním příkladem je
Pentium 4, jehož aktuální verze disponuje 533MHz sběrnicí (to odpovídá šířce
pásma 4,3 GB/s), což je stále nesrovnatelné s efektivní rychlostí 400 MHz u v
současnosti dodávaných pamětí DDR400. Další verze Pentia 4 připravovaná ještě
na první pololetí tohoto roku by pak měla disponovat 800MHz sběrnicí (6,4
GB/s). Šířka pásma u současných pamětí DDR400 je přitom 3,2 GB/s, v případě
DDR500 to bude 4 GB/s. Je tedy zřejmé, že poptávka po novější generaci pamětí
je více než odůvodněná.

Dva kanály
Vzhledem k tomu, že vysokorychlostní DDR paměti (tj. především standardy DDR400
a 500) s sebou přinášejí problémy se stabilitou, jsou výrobně náročné a nárůst
výkonu často není adekvátní ceně odvozené od vyšších výrobních nákladů, navíc
pro zvýšení stability je třeba také např. zvýšit latenci, je přirozené, že
výrobci hledají cesty ke zvýšení propustnosti při zachování nízké taktovací
frekvence. Jednou z metod je implementace dvoukanálové sběrnice, které vede ke
zdvojnásobení šířky pásma. Tak je možné vyhovět požadavkům moderních procesorů
bez toho, aby se výrobce paměti musel odchýlit od specifikací schválených
sdružením JEDEC. Je zde však jeden nezanedbatelný problém, a to ten, že
dvoukanálová paměť se neobejde bez odpovídající čipové sady a základní desky.
Přitom zatímco dvoukanálové řešení znamená pro výrobce pamětí jednoduchou a
bezproblémovou cestu ke zvýšení propustnosti, v případě výrobců čipsetů je tomu
přesně naopak. I přesto se však dodavatelé čipsetů (Intel, SiS, VIA) ke
dvoukanálovému řešení neobracejí zády. V současné době podporuje Intel ve svých
čipových sadách E7205 (Granite Bay) dvoukanálové DDR266, ty pak zřejmě budou
postupně vytlačeny čipovými sadami s podporou dvoukanálových pamětí DDR333.
Další větev ve vývoji paměťových technologií může tvořit technologie QBM
(Quad-Band Memory). Ta si získala pozornost ve chvíli, kdy se společnost VIA
Technologies rozhodla licencovat ji od firmy Kentron zřejmě však půjde pouze o
snahu nabídnout rychlejší alternativu do doby, než se začnou vyrábět DDR-II.
Paměti založené na této technologii by měly dodávat i firmy jako Elpida,
Infineon atd. Jedná se o modifikaci současného standardu DDR s tím, že nabízí
dvojnásobnou šířku pásma (4,2 GB/s), přičemž se ale obejde bez dvoukanálového
řešení.

DDR-II přichází
Největší naděje jsou alespoň pro nejbližší budoucnost vkládány do technologie
DDR-II. Paměti typu DDR-II by měly kromě toho, že zajistí vyšší výkon, přinést
i výhodu spočívající ve faktu, že se jedná o vylepšení už známé, široce
používané a osvědčené technologie. V důsledku toho by měla být zajištěna i
zpětná kompatibilita se standardem DDR to se ovšem netýká fyzické
kompatibility, neboť 184pinové moduly současných DDR pamětí budou nahrazeny
232pinovými. Paměť však může pracovat s téměř totžným paměťovým řadičem a
přenos datových paketů sběrnicí také funguje na stejném principu jako dosud.
Opět je třeba zdůraznit, že se jedná o otevřený standard, který byl navržen s
ohledem na požadavky současných procesorů a čipsetů.
Specifikace DDR-II vlastně vznikla přirozeným vývojem předchozího standardu DDR
a měla by navázat tam, kde jsou současné nejrychlejší verze, 400MHz a 500MHz
DDR, už příliš drahé a nestabilní (zvláště při instalaci více modulů, o více
modulech od různých výrobců ani nemluvě). Dalším problémem, se kterým se lze u
DDR400 setkat, může být i vysoká pracovní teplota. Ostatně právě zmíněná
nestabilita byla zřejmě důvodem, že JEDEC schválil standard DDR400 teprve loni
v prosinci, ačkoliv někteří z výrobců už 400MHz moduly dodávali dlouho před tím.
DDR-II má velmi dobré šance stát se příštím standardem v oblasti paměťových
technologií, neboť využívá mnohé inovativní techniky, díky nimž může využít
design osvědčené DDR technologie a přitom efektivně obejít některá její
omezení. DDR-II především zdvojnásobuje teoretickou šířku pásma, ovšem nikoliv
pouze zvýšením pracovní frekvence nebo zásadními změnami ve standardu, nýbrž
jednoduše zdvojením data prefetch ze dvou na čtyři.
Pro představu je možné uvažovat běžnou DDR266 paměť (PC2100) se skutečným
taktem 133 MHz a efektivním taktem 266 MHz (neboť jde o double data rate) ta by
zdvojením fetch rate dosáhla teoretických 533 MHz odpovídajících DDR-II-533. Ve
skutečnosti však jádro pracuje na frekvenci 4krát nižší vůči teoretické hodnotě
(a stejně tak vůči pracovní frekvenci sběrnice).
Přitom nejde jen o předpokládaný výkonový posun. Vrátíme-li se k poznámce o
náročnosti a nákladnosti výroby paměťových čipů, je třeba dodat, že uvedeným
propočtům hraje do noty také fakt, že výroba pamětí DDR266 je dnes pro většinu
výrobců zcela bezproblémová, a to se analogicky promítne i při realizaci
DDR-II-533, která bude výrobně podstatně méně náročnější i nákladnější než
např. DDR500. Napájecí napětí je u standardu DDR-II stanoveno na 1,8 voltu, což
je také nižší hodnota než u současných DDR pamětí (u těch je to 2,5 V).

Nevýhody existují
Samozřejmě je třeba počítat s tím, že stále hovoříme o teoretických, resp.
teoreticky dosažitelných hodnotách, a v podstatě je otázkou, zda použitím
technologie DDR-II skutečně dojde ke zdvojnásobení rychlosti (výkonu). Vlastně
ani není zcela jisté, jestli DDR-II s určitou teoretickou frekvencí opravdu
bude držet krok s DDR pamětí, která skutečně běží na dané efektivní frekvenci
(viz uvedený příklad). Logickým důsledkem přístupu použitého v DDR-II je totiž
také zvýšená latence a režie přístupu k datům (random access).
Takto může vzniknout situace, že první DDR-II paměti, tj. DDR--II-533, v
podstatě nebudou znamenat příliš velké zlepšení výkonu oproti DDR400 (které už
jsou dostupné), ale zřejmě budou výhodné pro upgrade z DDR333. Vše pak bude
výrazně ovlivněno cenovou dostupností různých alternativ i tím, zda se DDR-II v
reálném nasazení skutečně ukáže jako stabilnější.

Vzorky jsou venku
Nejrychlejší jsou v podpoře nových typů pamětí (tradičně) výrobci grafických
čipů a karet DDR-II taktovanou na 1 GHz používají např. grafické karty s
nejnovějším čipem firmy nVidia, GeForceFX 5800 Ultra. Stejně tak nezůstává
pozadu ani ATI se svojí verzí karty Radeon 9700 využívající DDR-II. Důvodem
rychlé adopce nové technologie je v případě těchto výrobců také fakt, že
paměti, které grafické karty využívají, nemusejí zcela splňovat specifikace
dané standardem JEDECu. V podstatě se tedy jedná o modifikace standardu DDR-II
pro grafické čipy, které jsou ke grafickému čipu připojeny stylem
point-to-point. Navíc není běžné provádět upgrade rozšiřováním paměti na
grafické kartě, což celý problém dále zjednodušuje.
Mnozí z předních výrobců pamětí (Samsung, Micron či Elpida) však už dodávají
první vzorky DDR-II-533 modulů (až 512 MB) výrobcům PC a serverů, přičemž běžně
dostupné by tyto paměti mohly (podle původních předpokladů) na trhu být ještě
letos. Podle nedávných informací se však s masovou produkcí dá počítat až v
roce 2005, a to z důvodů potřeby certifikace pro čipsety, resp. základní desky.
Všeobecně se předpokládá, že se DDR-II i přes některé nedořešené otázky stane
pokračovatelem současných standardů pamětí, a to jak díky svému technologickému
řešení, tak především díky široké podpoře v celém odvětví ze strany dodavatelů
samotných pamětí i např. výrobců procesorů (kupř. Intel by měl uvést čipset s
podporou DDR-II ještě letos). Přesto je však nutné počítat s tím, že adopce ze
strany výrobců počítačů nemusí být příliš rychlá. I proto se dá očekávat, že
paměti DDR400 budou mít na trhu své pevné místo například společnost Samsung
předpokládá, že v průběhu letošního roku bude produkce pamětí typu DDR333 a
DDR400 tvořit až 80 % její produkce. Určitým mezičlánkem pak budou dvoukanálové
paměti DDR333 a DDR400, které by se ve větším měřítku měly objevit na trhu
ještě v první polovině letošního roku.
Na Platform Conference 2003 už organizace JEDEC oznámila i oficiální označení
standardů založených na specifikaci DDR-II konkrétně se jedná o:
PC2-3200 DDR-II-400 s propustností 3,2 GB/s
PC2-4300 DDR-II-533 s propustností 4,3 GB/s
PC2-5400 DDR-II-667 s propustností 5,4 GB/s
PC2-6400 DDR-II-800 s propustností 6,4 GB/s

Třetí generace
Ačkoliv bude ještě chvíli trvat, než se DDR paměti druhé generace začnou
objevovat v běžně prodávaných počítačích, už se
začínají objevovat první údaje o příštím plánovaném standardu, jímž je DDR-III.
V jeho případě by teoretická pracovní frekvence měla dosahovat hodnot 800 až 1
500 MHz, takže propustnost by se měla dostat až na hodnoty 6,4 až 12 GB/s.
Napájecí napětí poklesne na hodnotu kolem 1,2-1,5 voltu. Co je však podstatné,
postupný vývoj od DDR k DDR-II a posléze k DDR-III by měl probíhat při
zachování zhruba stejných cenových relací.









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.