ddr3Летом прошлого года, Intel обновила линейки своих чипсетов. Представив чипсеты 3x, носящие кодовое имя Bearlake, компания заявила о поддержки ими новой шины FSB1333 и нового типа памяти – DDR3 SDRAM. Мы писали об этом в статье «Новые чипсеты Intel, FSB1333 и DDR3». В отличии от перехода на DDR2 (чипсеты 915 и 925) в 2004 году, новые наборы системной логики серии 3х (G33, G35, P35 и X38) поддерживали и память DDR2-800 SDRAM, что дало производителям материнских плат выпускать платы с новой памятью, но и со старой, а так же гибриды.
Декстопный набор логики Intel P35 Express сумел завоевать широкую популярность. Реализованная в нём официальная поддержка процессоров с 1333 МГц системной шиной и 45-нм CPU семейства Penryn, сделала своё дело: повышенное внимание этому чипсету уделяют и продвинутые пользователи, и ведущие производители материнских плат. С момента анонса чипа летом 2007-го рынок буквально наводнился разнообразными платами на P35, различными по стоимости и своим возможностям. Чип, как и его собратья «3-ей серии» поддерживает память стандартов DDR3 и DDR2 SDRAM. Как обычно и бывает при выходе любого нового продукта, доступность модулей DDR3 SDRAM на прилавках магазинов до настоящего времени оставляет желать лучшего, однако сейчас ситуация несколько меняется: соответствующие модули уже можно купить без особых проблем, правда пока достаточно дорого, но и это вопрос времени.
Теоретически, перевод платформ с процессорами семейства Core 2 на использование DDR3 SDRAM следует расценивать как ещё один шаг, направленный на повышение интегральной производительности этих систем за счет поднятия скорости обмена данными между CPU и подсистемой памяти. Хотя пропускная способность современной двухканальной DDR2 памяти и превышает пропускную способность процессорной шины даже с частотой 1333 МГц, инженеры Intel придерживаются мнения о назревшей необходимости наращивания частоты работы системной памяти. Согласно официальной спецификации, наиболее скоростной памятью стандарта DDR2, совместимой с чипсетом Intel P35, является DDR2-800 SDRAM с пропускной способностью 12.8 Гбайта в секунду в двухканальном варианте. Поддержка DDR3 SDRAM добавляет возможность использования в современных системах памяти с частотой 1067 МГц, что увеличивает пиковую пропускную способность двухканальной подсистемы памяти до 17.1 Гбайт в секунду. При этом переход на новый стандарт SDRAM влечёт за собой некоторый рост латентности подсистемы памяти, однако иного выхода у Intel нет: DDR2-800 SDRAM – это самая скоростная DDR2 SDRAM, соответствующая спецификациям JEDEC и производящаяся крупносерийно. На этом Intel не остановилась – старший набор логики, ориентированный на энтузиастов Intel X38 получил поддержку ещё более скоростной DDR3 памяти, работающей на частоте 1333 МГц, которая для DDR2 SDRAM совершенно недосягаема.
Таким образом, можно говорить о том, что, несмотря на отсутствие явной необходимости, Intel избрал путь на увеличение пропускной способности подсистемы памяти своих платформ, построенных с применением процессоров с микроархитектурой Core 2. Хотя сравнимый прирост производительности в таких системах можно получать и снижением латентности используемой памяти, курс был выбран именно в сторону увеличения частот, а не уменьшения таймингов. И это имеет под собой вполне логичное объяснение: наращивание частоты с одновременным переходом на технологию DDR3 – более простой для производителей памяти вариант.

DDR3 в детялях.

DDR3 SDRAM по своему строению и принципам работы не сильно отличается от DDR памяти предыдущих поколений. DDR3 – своего рода третье воплощение принципов, заложенных ещё в DDR SDRAM. Соответственно, сравнение DDR3 и DDR2 памяти вполне уместно.
Основная идея, позволившая нарастить частоты DDR3 памяти по сравнению с DDR2, заключается в удвоении размера выборки данных, выполняемой непосредственно из устройств хранения информации в буфера ввода-вывода. В то время как в DDR2 SDRAM используется 4-битная выборка, в DDR3 применяется выборка размером 8 бит (называемая также 8n-prefetch). Иными словами, технология DDR3 SDRAM подразумевает двукратное увеличение ширины внутренней шины, соединяющей собственно устройства хранения данных и буфера ввода вывода. В результате, увеличение эффективной частоты передачи данных, происходящее с вводом DDR3 SDRAM, не требует ускорения работы ядра памяти. Возрастает лишь скорость работы внешних буферов. Частота же ядра чипов памяти оказывается в 8 раз меньше частоты внешней шины и буферов DDR3 (в DDR2 эта частота была в 4 раза меньше частоты внешней шины).
Таким образом, достижение DDR3 памятью более высоких эффективных частот по сравнению с DDR2 становится возможно практически сразу, без внесения каких-либо изменений и усовершенствований в полупроводниковый технологический процесс. Впрочем, применение описанной техники имеет и оборотную сторону – вполне очевидным образом возрастает не только пропускная способность памяти, но и её латентность. В результате, ожидать от DDR3 более высокой скорости работы, чем у DDR2, можно не всегда, даже в том случае, если DDR3 превосходит DDR2 по частоте.
JEDEC в финальной спецификации DDR3 SDRAM определяет несколько версий такой памяти, с частотами от 800 до 1600 МГц.

ddr 3 roadmap

Если учесть, что латентность распространённой сегодня DDR2-800 с таймингами 4-4-4 составляет 10 нс, то эффективность DDR3 SDRAM действительно можно поставить под вопрос. Получается, что эта память способна выигрывать у предшественницы исключительно за счёт увеличения пропускной способности, которая должна компенсировать ухудшающуюся латентность. К сожалению, переход на использование DDR3 – мера вынужденная. DDR2 память уже исчерпала свой частотный потенциал: если увеличение её частоты до 1066 МГц ещё возможно при некоторых допущениях, то дальнейший рост скорости резко снижает выход годных чипов и значительно повышает стоимость модулей DDR2 SDRAM. Именно поэтому JEDEC не стал стандартизировать DDR2 память с частотами выше 800 МГц, ратуя за переход к DDR3 технологии.
Впрочем, DDR3 SDRAM привносит и ряд других полезных усовершенствований, которые должны позволить сделать более однозначный вывод в пользу новинки не только с позиции производителей, но и с точки зрения конечного пользователя. Среди плюсов в первую очередь следует отметить снизившееся напряжение питания модулей DDR3, достигшее 1.5 В. Это на 20% ниже напряжения DDR2, что в конечном итоге выливается в примерно 30-процентное падение энергопотребления при сравнении с DDR2 памятью, работающей на аналогичной тактовой частоте. Этот эффект достигается и благодаря внедрению производителями чипов памяти более современных технологических процессов.
Также, изменению подвергнута была BGA упаковка чипов, которая теперь обладает несколько большим количеством контактов. Это даёт возможность производителям модулей упростить монтаж и усилить механическую прочность продуктов, а также улучшить качество сигналов при высокой частоте.
Некоторые изменения претерпел и сигнальный протокол DDR3, усовершенствованный в связи с очередным и значительным ростом частоты шины памяти. Теперь для передачи адресов и команд, а также управляющих и стробирующих команд используется fly-by архитектура с терминированием сигналов непосредственно на модуле. Это значит, что сигналы подаются на все микросхемы модуля не одновременно, а последовательно.
Соответственно, изменилась и тактика чтения/записи данных. Контроллер DDR3 должен быть способен успешно распознавать и обрабатывать временные смещения при поступлении данных с чипов, вызванные применением fly-by архитектуры передачи команд.
Учитывая различное напряжение питания и отличающиеся протоколы DDR2 и DDR3, память этих двух типов логически не совместима друг с другом. Хотя число контактов у модулей DDR2 и DDR3 одинаково и равно 240, слоты, предназначенные для памяти разного типа, отличаются расположением “ключа”. Поэтому, установить DDR3 SDRAM в DDR2 DIMM и наоборот не удастся.
Следует отметить и ещё одну деталь, относящуюся к DDR3 косвенно. Дело в том, что одновременно с переходом на использование DDR3 SDRAM индустрия постепенно приходит к использованию чипов ёмкостью 1 и 2 Гбита. Таким образом, можно прогнозировать широкое распространение в перспективе модулей DDR3 памяти ёмкостью по 2 и даже по 4 Гбайта.
Что же касается сроков жизни DDR3 вообще, то, согласно прогнозам, приходящая ей на смену DDR4 SDRAM начнёт покорять рынок примерно в 2011 году.
Таким образом, срок жизни DDR3 в высокопроизводительном секторе рынка составит немногим более трёх лет, то есть примерно столько же, сколько просуществовала в нём DDR2 память.

Модули DDR3 SDRAM

Вся серийно выпускаемая даже производителями, почитаемыми в среде оверклокеров, DDR3 SDRAM в настоящее время вызывает лишь разочарование. Дело в том, что массово поставляемая DDR3 память смогла дорасти в лучшем случае лишь до частоты 1333 МГц с таймингами 7-7-7-20, что на фоне доступности оверклокерской DDR2 SDRAM с частотой 1250 МГц и задержками 5-5-5-18 выглядит, мягко говоря, несколько скудновато. Некоторую надежду на исправление ситуации дают многочисленные анонсы различных компанией модулей DDR3-1600 с низкими таймингами (до 7-7-7-18), но, пока такая память фактически недоступна в продаже, даже на Западе.
Самая скоростная из доступных на сегодняшний день DDR3-1333 МГц, даже несмотря на использование фирменных массивных радиаторов, рассчитана на работу при очень слабых задержках 9-9-9-24. Не спасает и разгон. Повышение напряжения питания со штатных 1.5 В до 1.8 В позволяет запустить эту память на частоте 1333 МГц лишь при таймингах 8-8-8-22. Максимальная же частота с такими задержками и напряжении, при которой модули сохраняют способность к стабильной работе, составляет 1380 МГц.
При том, что имеющаяся на рынке DDR3-1333 память не может похвастать выдающимися результатами разгона, несмотря даже на то, что предлагают её компании, хорошо зарекомендовавшие себя как поставщики оверклокерской DDR2 памяти. Стоимость же комплектов DDR3-1333 при этом ощутимо превышает цену более медленных модулей.

Производительность

Измерения скорости чтения из памяти позволяют понять, что DDR2 ещё рано списывать со счетов. За счёт более низкой латентности она демонстрирует лучшие результаты не только при одинаковой частоте с DDR3 памятью, но и способна соперничать с DDR3 SDRAM, имеющей более высокую “на один шаг” частоту. Так, DDR2-800 с таймингами 4-4-4-12 показывает в скорости чтения результат, сравнимый с показателями DDR3-1066 с задержками 8-8-8-22, а DDR2-1066 с таймингами 5-5-5-15 не отстаёт от DDR3-1333 с задержками 9-9-9-24. Таким образом, можно говорить о том, что высокая латентность DDR3 SDRAM оказывает косвенное негативное влияние и на потоковые операции. Именно поэтому однозначное преимущество над DDR2 способна продемонстрировать лишь самая скоростная память DDR3-1333 в недокументированном спецификацией режиме с низкими задержками 6-7-6-18.
В скорости копирования DDR2 память, относящаяся к прошлому поколению, может похвастать ещё более впечатляющими результатами, чем при оценке скорости чтения. Здесь с DDR3-1333 с таймингами 7-7-7-18 может соперничать не только DDR2-1066 с задержками 5-5-5-15, но и DDR2-800 с таймингами 3-3-3-10. Таким образом, негативное влияние высоких задержек при копировании данных проявляется сильнее, чем при чтении.
Синтетические тесты подсистемы памяти, вновь не дают поводов для оптимистичного отношения к новой DDR3. Очевидно, что DDR3-800 с точки зрения производительности совершенно бессмысленна, так как уступает любой DDR2-800 и DDR2-1066 памяти, а из DDR3-1066 вариантов интерес у энтузиастов может вызвать разве только память с низкими задержками. В противном случае при сопоставлении быстродействия платформ системы с DDR3 SDRAM будут обречены.
В тоже время вычислительные бенчмарки не дают возможности обогнать DDR2-1066 SDRAM даже DDR3-1333. В утешение для памяти нового поколения можно сказать лишь то, что DDR2-1067, работающая с низкими таймингами 4-4-4-12 относится всё-таки к оверклокерским решениям и стоит достаточно дорого. DDR3 должна решить как раз эту проблему. Модули, работающие на частоте 1333 (и в перспективе 1600 МГц) являются вполне стандартными вариантами с точки зрения спецификации JEDEC. То есть, со временем они станут стоить дешевле скоростной DDR2 SDRAM, что позволит получить хороший уровень производительности по более низкой цене.

Энергопотребление

В тестах производительности DDR3 памяти не удается убедительно показать своё преимущество. По крайней мере, на данный момент. Однако есть и другой аспект, с точки зрения которого новая память однозначно лучше чем DDR2. Это – энергопотребление платформы, которое в системах с DDR3 оказывается ниже, чем в системах, оснащённых DDR2. Достигается это как минимум пониженным напряжением питания модулей памяти.
DDR3 SDRAM более экономична, чем DDR2 память. При одинаковой частоте она потребляет на 6 Вт меньше при нагрузке и на 2 Вт – в простое. Несмотря на то, что на фоне общего энергопотребления системы данные цифры кажутся не столь существенными, нельзя не отметить, что получение такой экономии простой заменой модулей памяти – неплохое достижение.

Итог.

В данный момент DDR3 SDRAM не может вывести производительность системы на новый уровень. Как показывают тесты, актуальная в данный момент DDR2 может обеспечивать быстродействие не хуже, чем имеющаяся на рынке DDR3. А учитывая то, что DDR3-1333 в данный момент не только самая быстрая память доступная на рынке, но и самая быстрая память, с которой могут работать системы на базе чипсета Intel P35, то получается, что в переводе современных систем на использование DDR3 SDRAM особого смысла нет даже для тех немногих энтузиастов, у которых на счету каждая доля процента производительности.
Также DDR3 SDRAM не может продемонстрировать преимущество более высокой пропускной способности, которой она обладает, и в разогнанных системах. В них оверклокерская DDR2 SDRAM, обладающая более низкой латентностью, способна проявить себя как минимум не хуже. И, судя по результатам тестов, такое положение дел вряд ли сможет измениться, по крайней мере, до тех пор пока DDR3 не начнёт разгоняться до частот 1600 МГц и выше.
Тем не менее, всё сказанное не означает крах технологии DDR3. Основная задача, которую ставит перед собой новый стандарт, состоит в открытии путей для дальнейшего роста частоты памяти без увеличения себестоимости её производства. И эта задача прекрасно выполнена. Правда, возникший ажиотаж вокруг нового продукта на данный момент сделал скоростную DDR3 чрезмерно дорогой, но данное явление имеет маркетинговые корни и не может быть отнесено к минусам технологии. Важным плюсом DDR3 SDRAM следует признать ощутимо снизившееся энергопотребление, что, несомненно, сделает эту память весьма востребованной в мобильных и экономичных системах. Кроме того, переход на технологию DDR3 позволит производителям модулей в перспективе предложить более ёмкие продукты и для десктопов, о чём также не стоит забывать, взвешивая все “плюсы” и “минусы” нового стандарта.

Владимир Зимин.
(c)InternetNews

15 april 2008