V oblasti pamětí počítačů se chystají velké změny

O své místo na trhu, lépe řečeno ve skříních osobních počítačů, pracovních stanic i serverů bojují nejrůzněj...


O své místo na trhu, lépe řečeno ve skříních osobních počítačů, pracovních
stanic i serverů bojují nejrůznější paměťové technologie. DDR400 SDRAM se zde
již, dá se říci, pevně usadila, zatímco nová generace DDR2 má své úspěchy
teprve před sebou. Nicméně už dnes pracují vývojáři na standardu DDR3 a své
nástupce bude mít v podobě XDR DRAM i zdánlivě k zániku odsouzená technologie
RDRAM, o které se už začínalo mluvit v minulém čase.
V současných počítačových systémech jsou za standard všeobecně považovány
paměti typu DDR SDRAM. Tato technologie prošla a vlastně stále prochází velmi
razantním vývojem. V polovině roku 2000 se objevily první čipové sady
podporující DDR200/266, zatímco dnes už výrobci dodávají moduly DDR400 i
takové, které tuto specifikaci dokonce předčí.
Tato paměťová technologie by však měla být poměrně brzy překonána, neboť na své
uvedení na trh čeká její nástupce, další generace označovaná jako DDR2. Jaké
jsou její výhody? Paměti DDR2 pracují se stejnou šířkou pásma při poloviční
taktovací frekvenci jádra, a ve srovnání s dnes běžnou DDR technologií tedy
mají výrazně nižší spotřebu energie.
Výrobce čipsetů VIA, ačkoliv sází právě na novou generaci DDR2, však do jejího
uvedení na trh favorizuje technologii QBM, tedy Quad Band Memory. U ní je
prostřednictvím "technického triku" zdvojnásobena šířka pásma paměťového
modulu, ačkoliv jsou v něm vlastně použity pouze standardní paměťové čipy
DDR266/333/ /400.
Také společnost SiS se za cílem zvýšení šířky pásma paměťové sběrnice vydává
novým směrem. Spolu s firmou Rambus vynakládá své úsilí na další rozvoj
technologie RDRAM, kterou dříve podporoval především Intel. V budoucích
čipsetech SiS chce používat paměťové moduly PC1200 a technologii paměťového
rozhraní Quad Channel na bázi RDRAM.
Vývoj nových paměťových technologií už je nyní naplánován daleko za hranici
roku 2007. Již dnes totiž prosakují první technické detaily, které organizace
JEDEC očekává pro DDR3, tedy následníka DDR2. Mimoto i Intel a Rambus
představují svůj pohled na budoucnost paměťových technologií v podobě
Fully-Buffered DIMM a XDR DRAM.

DDR2 na startu
V případě DDR2 se jedná o další vývojový krok v rámci standardu DDR SDRAM. Pro
začátek jsou plánovány paměťové moduly DDR2-400, DDR2-533 a DDR2-667, jež
dosahují teoretické šířky pásma 2,98, 3,97 a 4,97 GB/s.
DDR2 přenáší data stejným způsobem jako DDR SDRAM na náběžné i sestupné hraně
taktu. Díky 4bitovému prefetchingu však dosahují DDR2 moduly ve srovnání s
běžnou DDR pamětí při stejné vnitřní taktovací frekvenci dvojité (externí)
šířky pásma. Takto mají DDR400 a DDR2-400 s 2,98 GB/s totožnou šířku pásma,
nicméně DDR400 pracuje s taktovací frekvencí jádra 200 MHz, zatímco DDR2-400
pouze na 100 MHz. Externí frekvence sběrnice je u obou typů na stejné úrovni, a
to 200 MHz. Paměťové čipy DDR2 vyžadují napětí o velikosti 1,8 V namísto 2,5 či
2,6 V potřebných pro napájení DDR. Protože se napájecí napětí jádra v příkonu
projevuje kvadraticky, je spotřeba DDR2 ve srovnání s DDR poloviční.
Kvalita signálu na datových kanálech DDR2 se má zlepšit díky použití "on-die"
terminátorů (tzn. jsou integrovány v čipu), čímž je garantována vyšší stabilita
při provozu. DDR2 navíc používá Off Chip Driver Calibration (OCD) tato technika
zajišťuje, že řídicí obvody paměťových buněk dynamicky kompenzují kolísání
zátěže, a tak zamezují signálovým chybám. Funkce Posted CAS (metoda provádění
instrukcí) pak dále zvyšuje efektivitu přenosu dat v paměťové sběrnici.
První vzorky DDR2 modulů už byly předvedeny, s masovou produkcí se však dá
počítat nejdříve začátkem příštího roku. Konečné specifikace DDR2 pamětí byly
organizací JEDEC publikovány letos v září v dokumentu JESD-79-2. Ve druhé
polovině roku 2004 plánuje uvést na trh své čipové sady pro DDR2 také Intel.
VIA má být připravena už na začátku roku čipset Apollo PT880 bude vybaven
Dual-Channel DDR2 řadičem a bude podporovat procesory Pentium 4 s FSB
taktovanou na 800 MHz. Intel uvede čipovou sadu s podporou DDR2 pro desktopové
aplikace pod kódovým jménem Grantsdale, serverové protějšky pak nesou označení
Lindenhurst, Tumwater a Twin Castle. Speciální verze DDR2 čipsetu je pod
kódovým názvem Alviso Intelem vyvíjena i pro přenosné počítače.

RDRAM na vedlejší kolej?
Vedle Intelu disponuje licencí na paměťovou technologii Rambusu také SiS. Kromě
čipsetu Intel 850E, jehož výroba má skončit v květnu příštího roku, není v
roadmapě Intelu žádný další čipset s podporou RDRAM, a toho chce tchajwanský
výrobce využít. Koncem roku 2002 představil čipovou sadu R658 s dvoukanálovým
paměťovým rozhraním a podporou PC1066 RDRAM, její nástupce R659 s architekturou
Quad Channel pak podporuje PC1200 RDRAM. Čipové sady jako 850E a R658 s
dvoukanálovou sběrnicí dosahují s RDRAM moduly PC1066 šířky pásma 3,97 GB/s,
nové čtyřkanálové paměťové rozhraní R659 ale nabízí s 1 200MHz RDRAM moduly
šířku pásma až 8,94 GB/s. To vytváří dostatečné výkonnostní rezervy pro Pentium
4 s 800MHz FSB. Sběrnice procesoru FSB800 totiž nabízí teoretickou šířku pásma
5,96 GB/s. Při pohledu do roadmapy jmenovaného výrobce pamětí je zjevné, že
další vývoj RDRAM může probíhat i bez Intelu. V roce 2003 mají být k dispozici
64bitové RDRAM moduly s čipy PC1200 a PC1333. Se 4x 16bitovou šířkou sběrnice
(Quad Channel) dosahují maximální šířky pásma 8,94 nebo 9,93 GB/s. Výrobci
základních desek mohou tyto moduly kombinovat právě se čtyřkanálovým paměťovým
rozhraním čipové sady SiS R659. Další vývoj by měl pokračovat v letech
2004/2005, kdy je v plánu například výroba PC1600 RDRAM se šířkou pásma 11,92
GB/s.

Technologie QBM
Technologie Quad Band Memory (QBM) byla firmou Kentron představena už na jaře
roku 2000, kromě několika SRAM implementací však zatím zřídka našla uplatnění.
Ovšem díky licencím společností VIA a S3 Graphics lze očekávat příchod QBM i do
oblasti PC. QBM moduly by se měly na trhu objevit pod označením DDR533 a DDR667.
QBM moduly v principu sestávají z kombinace dvou DDR modulů. V případě jednoho
DDR667 QBM modulu pracuje paměťová banka při normální taktovací frekvenci DDR
333 MHz (DDR333 SDRAM), vůči níž je takt druhé posunut o 90 stupňů. Takto
poskytují oba dílčí moduly v časovém posunu svá data s frekvencí 333 MHz, vždy
na náběžné a sestupné hraně. Výstupy obou modulů jsou přepínány rychlým
multiplexním spínačem, a tak je dosaženo efektivních 667 MHz na datové
sběrnici. Datová šířka DDR SDRAM 64 bitů je přitom zachována. Tímto způsobem
lze zdvojnásobit datový přenos DDR333 SDRAM na rychlost odpovídající 667 MHz.
DDR667 QBM modul tak může nabídnout šířku pásma 5,3 GB/s při stejném taktu jako
DDR333.
VIA očekává poptávku po DDR2 nejdříve v letech 2004/ /2005, a proto chce s QBM
zaplnit dočasnou mezeru na trhu. Podle tohoto výrobce jsou QBM moduly
kompatibilní s existujícím rozhraním DDR SDRAM (o šířce 184 pinů), základní
desky tedy nepotřebují nový design nebo nákladné přizpůsobení a měly by být
zpětně kompatibilní s DDR SDRAM. Dodavatelé QBM pamětí navíc nemusejí platit
žádné licenční poplatky.
Základní desky s QBM jsou realizovatelné s menšími náklady než Dual Channel DDR
řešení, která vyžadují zcela nový design. První desky s podporou QBM mají být
ještě letos na trhu, avšak množí se zvěsti o tom, že QBM stále způsobuje
technické problémy. Zůstává tak nejisté, zda VIA vlastně s QBM produkty vytáhne
do boje, neboť už na začátku roku 2004 by se na trhu měly objevit produkty s
podporou DDR2.

DDR3 paměť budoucnosti
Už od poloviny roku 2002 pracuje JEDEC na specifikaci budoucí paměťové
technologie DDR3 SDRAM. Detailní technická data připravovaného standardu ještě
nemají konečnou podobu, neboť je třeba nově specifikovat parametry paměťového
čipu, modulu, registru i bufferu. Několik podrobností však už organizace
zveřejnila. První DDR3 čipy by měly zpočátku zajistit přenosovou rychlost 800
Mb/s, následující už by měly umožnit datovou propustnost 1,5 Gb/s. Pro
zajištění nízké spotřeby pracuje paměť s napětím 1,5 nebo 1,2 voltu (ve
srovnání s DDR2, která potřebuje 1,8 V, nebo DDR400 s napájecím napětím 2,6 V).
Přitom využívají 8bitový prefetching. Podobně jako DDR či DDR2 by i DDR3 měla
pokrýt všechny oblasti nasazení od desktopů až po servery. Finální specifikace
DDR3 standardu JEDEC očekává koncem roku 2005, masová výroba by pak měla
započít v roce 2007. Mezi přední zastánce technologie DDR3 patří firmy jako
Samsung, Infineon či Micron Technology.

FB-DIMM pro servery
Pod zkratkou FB-DIMM se skrývá označení Fully-Buffered DIMM, které reprezentuje
novou technologii paměťových modulů. Ta by měla především v serverové oblasti
zajistit, že i přes rostoucí taktovací frekvenci paměti nebude třeba snižovat
maximální rozšiřitelnost její kapacity v rámci systému, a bude tedy možné
kapacitu bez problémů dále zvyšovat. Intel, který je iniciátorem aktivit kolem
FB-DIMM, chce s novou generací paměťových modulů přijít na trh v roce 2005.
Nové moduly by měla podporovat jeho čipová sada s kódovým označením Lakeport.
FB-DIMM podporuje paměťové čipy DDR2 a DDR3, každý modul přitom sestává vedle
samotných paměťových čipů z čipu označovaného jako Hub Buffer. Ten vytváří
prostřednictvím 24 diferenčních přenosových párů spojení s paměťovým řadičem.
Přes tuto sběrnici a řídicí čip procházejí řídicí informace a data z paměťového
řadiče do paměťových modulů a obráceně. Takto vlastně FB-DIMM zjednodušuje
podobně jako Registered DIMM adresní a řídicí vedení prostřednictvím řídicího
čipu zapojeného mezi nimi.
Bez tohoto řídicího systému by musela být například jednostranným ECC-DIMM
modulem vedena adresní a řídicí spojení z paměťového řadiče ke všem devíti
paměťovým čipům s řídicím čipem stačí jeden kanál vedoucí k němu. Čím více
vstupů/výstupů paměťového čipu je na signálovém vedení připojeno, tím je větší
elektrické zatížení signálu na tomto vedení, které vede k poruchám při přenosu
signálu. Datové kanály nepotřebují žádné řídicí čipy, neboť nejsou propojeny se
všemi paměťovými čipy. Tak vzniká jen malé elektrické zatížení datového signálu
ve srovnání s adresním a řídicím vedením.
FB-DIMM technologie dokáže adresovat maximálně 288 jednotek (modulů) na každém
paměťovém kanálu naproti tomu běžné systémy jsou omezeny na 72. Výhodou tedy
je, že FB-DIMM potřebuje méně paměťových kanálů pro odpovídající rozšíření
paměti než současné systémy se standardními DIMM moduly. Další plus přináší
FB-DIMM díky simultánním operacím zápisu a čtení, což znamená, že dostupná
efektivní šířka pásma každého paměťového kanálu roste. Navíc zůstávají
zachovány i formy DIMM modulů i počty pinů, ovšem s pozměněným rozložením.

Rambus připravuje XDR
Opírajíc se o svoji známou technologii RDRAM představila společnost Rambus
letos v září v podobě XDR DRAM zcela novou generaci počítačových pamětí. Jako
základ pro ni výrobce používá paměťové rozhraní vyvíjené pod označením
Yellowstone. K prvním firmám, které si novou technologii licencovaly, patří
Elpida, Samsung či Toshiba první vzorky XDR pamětí by se přitom měly objevit v
průběhu příštího roku, v roce 2005 se pak počítá se začátkem masové produkce.
První nasazení XDR DRAM se podle všeho očekává v herních konzolích PlayStation
3 společnosti Sony. V oblasti PC lze však nástup těchto pamětí očekávat až v
roce 2006. Využití by však měly najít také v oblasti serverů, mobilních systémů
či síťových prvků. Veškeré podrobnosti týkající se nové technologie pamětí jsou
však známy už nyní, neboť Rambus dal k dispozici první specifikace a
dokumentace.

Osmkrát rychleji
Čipy XDR DRAM mají pracovat s proměnnou šířkou datové sběrnice od 1 do 32 bitů.
Taktovací frekvence přitom činí 3,2 GHz a počítá se se škálovatelností až do
6,4 GHz. Takto poskytuje například 16bitová XDR DRAM šířku pásma 6,4-12,8 GB/s.
Jádrem XDR je technologie Octal Data Rate. Při skutečné taktovací frekvenci 400
nebo 800 MHz přenese každý takt 8 bitů (na náběžné i sestupné hraně), díky
čemuž je dosaženo 8násobné efektivní frekvence (na datové sběrnici), tj.
výsledných 3,2 nebo 6,4 GHz. Současné RDRAM paměti PC1066 pracují s taktem 533
MHz a při využití obou hran je efektivní frekvence 1 066 MHz.
Další inovaci představuje technologie FlexPhase, která eliminuje časové rozdíly
mezi signály. Datový tok a takt jsou vzájemně automaticky sladěny na
diferenčních propojovacích párech. Takto dochází ke snížení latence a zvýšení
využitelné šířky pásma. Díky diferečnímu signálování jsou nezbytná dvě namísto
dosud jediného potřebného propojení.

Další výhody
Další výhodou XDR DRAM je technologie DRLS (Differential Rambus Signaling
Levels), která pracuje s extrémně nízkým zdvihem napětí 200 mV hladina signálu
se přitom pohybuje v rozmezí 1-1,2 V. Kromě toho Rambus umístil obousměrně
pracující terminátory s DRLS přímo na čip a díky internímu uspořádání paměti
umožňuje XDR DRAM okamžité a vzájemně nezávislé přístupy pro zápis. Tak může
být například zajištěn přístup k zápisu pro liché paměťové banky (Odd BankSet)
a současně lze číst informace ze sudých paměťových bank (Even BankSet).
Paměťové moduly s XDR DRAM označuje Rambus jako XDIMM, a ty první, které lze
očekávat v roce 2006, mají poskytovat šířku pásma 12,8-25,6 GB/s. Výhodou bude
i to, že používají stejný design a počet pinů jako DDR2 moduly. Roadmap Rambusu
pak pro další léta počítá se 128bitovou datovou šířkou a taktovací frekvencí
6,4 GHz takové moduly by měly poskytnout propustnost až 100 GB/s.









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