Paměti nového věku

V poslední době, zejména poté, co RDRAM hodila "přes palubu" společnost Intel, na sebe strhávají pozornost převážn


V poslední době, zejména poté, co RDRAM hodila "přes palubu" společnost Intel,
na sebe strhávají pozornost převážně paměti DDR SDRAM, ať už díky výhodnému
poměru cena/výkon či podpoře odvětví plynoucí mimo jiné i z návaznosti na
předchozí SDRAM. To, že Rambus není u konce svých sil, však dokazují i poslední
zprávy z tábora této firmy.
Zajímavé informace ohledně nových paměťových technologií, které spatřily světlo
světa ve vývojových laboratořích Rambusu, byly zveřejněny na nedávno konané
konferenci Rambus Developer Forum, kterou tato společnost pořádala v červenci v
japonském Tokiu.

Rambus a Intel
Pokud hodláme otevřít knihu o RDRAM, nesmíme přeskočit kapitolu o firmě Intel,
jejíž jméno bylo s touto pamětí často spojováno. Proč se stále píše o čipových
sadách pro procesory Intelu? Paměti RDRAM se totiž s jinými procesory rodiny
x86 vlastně vůbec nevyskytovaly, protože výrobci čipových sad nezařadili
kombinaci RDRAM + AMD (nebo VIA) do svého výrobního programu. Pro Pentium III
vytvořil Intel čipsety i820 a i840, Pentium 4 dokonce zpočátku existovalo jen v
doprovodu čipsetu i850 a i850E pro RDRAM až dodatečně vznikla řada i845 s
podporou SDRAM a posléze DDR SDRAM. Dokonce i pro 64bitové Itanium má Intel
RDRAM čipset pod názvem i860. Pojem pracovní stanice znamenal v podání Intelu
jeden či více procesorů této firmy a automaticky paměť typu RDRAM.
Spojení Intelu s RDRAM bylo přes mnohé výhody poznamenáno svého času podstatně
vyšší cenou těchto pamětí. Navíc zatímco u prvních DDR SDRAM mohla mít RDRAM z
hlediska výkonu hravě navrch, dnes se to už jednoznačně říci nedá. Pod tíhou
těchto faktů se Intel nakonec rozhodl ukončit podporu RDRAM pamětí ve svých
čipsetech a postupně je nahradit typem DDR SDRAM. Výsledkem jsou čipové sady
jako i875P či rodina i865. Dne 9. května letošního roku Intel oficiálně oznámil
plán na ukončení výroby čipsetů i850E a i860 (kromě jiného).

Čtyři kanály
RDRAM neumřela, jak se dnes mnozí domnívají. Už koncem února 2003 společnosti
Silicon Integrated Systems (SiS), Samsung Electronics, Asustek Computer (Asus)
a Rambus oznámily, že hodlají spolupracovat na projektu, jehož výsledkem bude
čipová sada pro platformu Intel Pentium 4 (Prescott) s northbridge obvodem SiS
R659. Její nejvýznačnější vlastností je podpora nikoli dnes obvyklých dvou, ale
čtyř 16bitových RDRAM paměťových kanálů s celkovou kapacitou 16 GB RAM. Po
Intelu bude dalším a zřejmě ne vlastní vinou monopolním výrobcem čipsetů pro
x86 procesory s podporou RDRAM právě SiS.
SiS tuto čipovou sadu opět připomněl právě na RDF 2003 inovací je však nyní
plná podpora technologie HyperStreaming, která slibuje rychlejší zpracování dat
v rámci čipsetu zejména s důrazem na "víceúlohové" zpracování dat, tj.
multitasking. Jde tedy o obdobný postup, jaký využil Intel u technologie
HyperThreading použité v procesorech Pentium 4. Jednotlivá zařízení se na
interní sběrnici čipsetu připojí, ale než žádaná data obdrží, odpojí se, čímž
uvolní sběrnici pro jiné aktivity. HyperStreaming navíc rozlišuje prioritu
datových toků. Vzorky obvodů mají být k dispozici ve třetím čtvrtletí letošního
roku, masová produkce započne v prvním čtvrtletí 2004.
Na podporu výše zmiňované čipové sady SiS R659 pak představila společnost
Samsung specializovaný 64bitový modul RIMM, určený na podporu čtyř 16bitových
kanálů. Na RDF byly k vidění verze PC800 a PC1200 s teoretickou maximální
přenosovou rychlostí 6,4 nebo 9,6 GB/s. Uvedené moduly měly kapacitu 512 MB
nebo 1 GB, přičemž oba byly vybaveny ochranou typu ECC.
Uvedené vlastnosti však mohou být zakryty stínem problémů s operačními systémy,
neboť možnost osazení až 16 GB RAM brání některým operačním systémům pracovat.
Proč? Mnohé z nich totiž podporují jen 4 GB RAM, což je teoretické maximum při
32bitové adresaci. Intel zavedl již od procesorů Pentium Pro podporu 36bitové
adresace pod názvem PAE (Physical Address Extension), umožňující obsloužit až
64 GB RAM, s čímž se vyrovnají operační systémy s unixovou historií s jinými je
to však horší. Např. v případě Windows 2000 by uživatel musel použít verzi
Datacenter, u Windows 2003 pak verzi Enterprise či Datacenter. Linuxové
distribuce Red Hat a SuSE podporují 64GB paměti ve verzích Professional (resp.
Enterprise Server).

Paměti XDR DRAM
Stručně jsme si nastínili minulost, přítomnost i blízkou budoucnost RDRAM
pamětí, ale co budoucnost vzdálenější? Rambus přepracoval své paměti RDRAM,
přičemž vznikla XDR DRAM (eXtreme Data Rate DRAM), jež bude pracovat v první
fázi v rozmezí 3,2 až 6,4 GHz (RDRAM pracuje v rozpětí 600 až 1 200 MHz). XDR
DRAM využívá sběrnici Yellowstone, o níž poprvé padla zmínka na IDF (Intel
Developer Forum) v únoru 2002. Každý obvod XDR DRAM má vlastní obousměrnou
datovou sběrnici, společné je řízení a adresace. Data jsou přenášena
technologií DRSL (Differential Rambus Signaling Level) využívající LVDS (Low
Voltage Differential Signaling). Napětí má zdvih jen 0,2 V, a to v pásmu od 1,0
do 1,2 voltu (výsledek projektu Yellowstone). RDRAM využívá naproti tomu díky
technologii RSL zdvih 0,8 voltu od 1,0 do 1,8 V. Napájecí napětí se na rozdíl
od 2,5 V u RDRAM snížilo na 1,8 voltu. Zatímco RDRAM využívá dvojnásobného
násobení frekvence DDR, XDR DRAM takt násobí osmi (ODR Octal Data Rate). Při
vstupní frekvenci 400 MHz tak bude datová sběrnice pracovat na 3,2 GHz. U RDRAM
(resp. RIMM modulů) nejvíce kritizovaná latence se u XDR sníží na 3,33 až 1,25
ns.
Vlastní paměť bude vyráběna CMOS technologií. Datová šířka jednoho obvodu bude
podle modelu od 1 do 32 bitů. Například při 16bitové variantě (značí se jako
x16 XDR DRAM) se může teoretická maximální přenosová rychlost pohybovat v
rozpětí od 6,4 do 12,8 GB/s. Paměťová sběrnice XDR DRAM má mít využití až 95 %,
což je zřejmě nejvíce ze všech doposud uvedených paměťových rozhraní.
První vzorky se mají objevit po Vánocích (resp. v průběhu 1. čtvrtletí roku
2004), masová produkce XDR DRAM pamětí pak má být zahájena zhruba o rok
později. Očekává se, že v první vlně budou vyráběny paměti s frekvencemi 2,4
GHz, 3,2 a 4,0 GHz. Hodnoty 6,4 GHz má být dosaženo na přelomu let 2006 a 2007.
První generace prezentovaná společností Rambus bude založena na obvodu o
velikosti 512 Mb (neboli 64 MB), vyráběném 130nm technologií (nebo
0,13mikronovou, chcete-li). Vnitřní organizace bude po 2 048bitových stránkách
v osmi paměťových bankách. Obvod bude mít 16bitové datové rozhraní (tj. s
architekturou 32 Mb x 16) s tím, že je bude možno programově zmenšit na 8 nebo
4 bity (64 Mb x 8 nebo 128 Mb x 4). Paměťová sběrnice bude ukončena rezistory
přímo v integrovaném obvodu (a nikoli mimo něj, jak je zvykem u dnešních RDRAM
pamětí). Přenosová frekvence bude 2,4 GHz, 3,2 a 4,0 GHz. V druhé vlně už bude
využita 110nm technologie se vzorky ve druhém čtvrtletí 2005 a s masovou
výrobou ve čtvrtém čtvrtletí 2005. Kapacita má být rovněž 512 Mb na jeden
integrovaný obvod. Obvody XDR DRAM hodlá např. pro své herní konzole
PlayStation 3 využít společnost Sony Computer Entertainment.
Například společnost Elpida si ale představuje rozvoj XDR DRAM pamětí po svém.
Již první generaci obvodů o velikosti 512 Mb hodlá vyrábět 110nm technologií.
Vzorky připraví ve druhém pololetí 2004, masová produkce má nastoupit v prvním
pololetí 2005. Přesně o rok později má stejný postup zopakovat druhá generace,
založená také na 512Mb obvodu, ovšem vyráběném 100nm technologií. Třetí
generace bude v podobě vzorků připravena na 4. čtvrtletí 2006, s produkcí se
počítá ve 2. čtvrtletí 2007. Na rozdíl od Rambusu Elpida příliš nepočítá s
výrobou čipů o kapacitě 256 Mb. Do plánu vývoje je sice zahrnula, ale jen jako
alternativu s možností jejího vyškrtnutí.

Moduly XDIMM
16bitový RIMM se pomalu vytrácí i ze strojů posledních příznivců, aby jej
nahradila 32bitová obdoba. Rezistory ukončující sběrnici se u ní přesunuly ze
základní desky už na 32bitové RIMM moduly. 64bitová podoba RIMM modulu byla
plánována zhruba na rok 2007, ovšem po příchodu všech novinek letošního roku se
zdá, že na něj nikdy nedojde. Na druhou stranu se ("neplánovaně") objeví 4ch
RIMM (neboli čtyřkanálový), sloužící jako doplněk výše zmiňované čipové sady
R659. Na modulu jsou umístěny čtyři 16bitové paměťové banky včetně rezistorů
ukončujících všechny čtyři sběrnice. Aby se na jediný modul vše vešlo, jsou na
každé straně tištěného spoje dva kanály.
Společnost Rambus se nezastavila pod náporem kritiků návrhu RIMM modulu a již
před rokem představila sběrnici Yellowstone pro propojení s RAM pamětí. Mezi
novinkami byla i technologie osminásobného přenosu dat pomocí ODR. Až nyní se
vše spojilo dohromady a vytvořilo jednotnou vizi budoucnosti v režii Rambusu.
Nový paměťový modul s názvem XDIMM bude určen pro osobní počítače a pracovní
stanice, písmeno X přitom napovídá, že se na modulu nacházejí paměťové čipy XDR
DRAM. Vlastní modul má 32bitové datové rozhraní, přičemž s čipovou sadou
komunikuje po dvou 16bitových úsecích.

Sběrnice Redwood
Redwood je kódový název vysokorychlostní sběrnice založené na technologii
Yellowstone určené pro komunikaci v rámci tištěného spoje (např. základní
desky). Maximální délka sběrnice pro Redwood je 38 centimetrů. Frekvence
přenosu dat může se může pohybovat od 400 MHz do 6,4 GHz možnost volby kmitočtu
zajišťuje technologie VDR (Variable Date Rate). Ta násobí vstupní takt jednou
až deseti. Sběrnice je určena pro komunikaci mezi integrovanými obvody, např. z
procesoru do North Bridge obvodu čipové sady, mezi obvody čipsetu navzájem
apod. Sběrnice je určena pro osobní počítače, herní konzole, HDTV, síťové prvky
(typicky routery a switche) atd. Stejně jako XDR DRAM využívá přenosového
protokolu DRSL s využitím LVDS. Rozhraní Redwood je zpětně kompatibilní se
současnými rozhraními založenými na LVDS standardu (HyperTransport, SPI-4 nebo
RapidIO). Kromě málo známých aplikací uvedených sběrnic se hodně hovoří zejména
o procesoru rodiny x86-64 AMD Athlon 64 (AMD Opteron), jenž používá
HyperTransport.
Rambus hodlá Redwood sběrnicí zjednodušit výrobcům procesorů a čipových sad
situaci, neboť díky shodným základům paměti XDR DRAM a sběrnice Redwood je
usnadněn návrh northbridge obvodu čipsetu, procesorů s integrovaným paměťovým
rozhraním či návrh tištěného spoje (pro výrobce základních desek).

Kam s nimi
Odhadnout budoucí vývoj na poli paměťových technologií není jednoduché. Svět
DDR očekává příchod DDR-II v období od podzimu letošního roku do zimy 2004 a
postupný masivní přechod k tomuto standardu bude znamenat i snížení cen,
zvýšení kapacity i frekvence. XDR DRAM má velký potenciál ujmout se královského
žezla pro nejvýkonnější paměť pro pracovní stanice. Lze si představit, že SiS
před ukončením života sady R659 vytvoří obdobu s podporou XDR DRAM. Nicméně
běžným osobním počítačům příval XDR pravděpodobně nehrozí. Pokud ale vše
dopadne podle smělých plánů Rambusu, možná se změní svět pracovních stanic a
částečně i serverů či multimediálně založené elektroniky.









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