DDR SDRAM (от англ. Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory — синхронная динамическая память с произвольным доступом и удвоенной скоростью передачи данных ) — тип компьютерной памяти , используемой в вычислительной технике в качестве оперативной и видеопамяти . Пришла на смену памяти типа SDR SDRAM .

При использовании DDR SDRAM достигается удвоенная скорость работы, нежели в SDRAM , за счёт считывания команд и данных не только по фронту , как в SDRAM , но и по спаду тактового сигнала . За счёт этого удваивается скорость передачи данных без увеличения частоты тактового сигнала шины памяти. Таким образом, при работе DDR на частоте 100 МГц мы получим эффективную частоту 200 МГц (при сравнении с аналогом SDR SDRAM). В спецификации JEDEC есть замечание, что использовать термин «МГц» в DDR некорректно, правильно указывать скорость «миллионов передач в секунду через один вывод данных».

Специфическим режимом работы модулей памяти является двухканальный режим .

Описание

Микросхемы памяти DDR SDRAM выпускались в корпусах TSOP и (освоено позднее) корпусах типа BGA (FBGA), производятся по нормам 130- и 90-нанометрового техпроцесса:

• Напряжение питания микросхем: 2,6 В ± 0,1 В.
• Потребляемая мощность: 527 мВт.
• Интерфейс ввода-вывода: SSTL_2.

Ширина шины памяти составляет 64 бита , то есть по шине за один такт одновременно передаётся 8 байт . В результате получаем следующую формулу для расчёта максимальной скорости передачи для заданного типа памяти: ( тактовая частота шины памяти ) x 2 (передача данных дважды за такт) x 8 (число байтов передающихся за один такт). Например, чтобы обеспечить передачу данных дважды за такт, используется специальная архитектура «2n Prefetch ». Внутренняя шина данных имеет ширину в два раза больше внешней; при передаче данных сначала передаётся первая половина шины данных по фронту тактового сигнала, а затем вторая половина шины данных по спаду.

Помимо удвоенной передачи данных, DDR SDRAM имеет несколько других принципиальных отличий от простой памяти SDRAM. В основном, они являются технологическими. Например, был добавлен сигнал QDS, который располагается на печатной плате вместе с линиями данных. По нему происходит синхронизация при передаче данных. Если используется два модуля памяти, то данные от них приходят к контроллеру памяти с небольшой разницей из-за разного расстояния. Возникает проблема в выборе синхросигнала для их считывания, и использование QDS успешно это решает. Грубо говоря, если на материнской плате имеется 2 и более разъёмов для оперативной памяти , то ближний слот будет ждать дальний слот.

JEDEC устанавливает стандарты для скоростей DDR SDRAM, разделённых на две части: первая для чипов памяти, а вторая для модулей памяти, на которых, собственно, и размещаются чипы памяти.

Чипы памяти

В состав каждого модуля DDR SDRAM входит несколько идентичных чипов DDR SDRAM. Для модулей без коррекции ошибок ( ECC ) их количество кратно 4, для модулей с ECC — формула 4+1.

Спецификация чипов памяти

• DDR200: память типа DDR SDRAM, работающая на частоте 100 МГц
• DDR266: память типа DDR SDRAM, работающая на частоте 133 МГц
• DDR333: память типа DDR SDRAM, работающая на частоте 166 МГц
• DDR400: память типа DDR SDRAM, работающая на частоте 200 МГц

Характеристики чипов

• Ёмкость чипа ( DRAM density ). Записывается в мегабитах, например, 256 Мбит — чип ёмкостью 32 мегабайта.
• Организация ( DRAM organization ). Записывается в виде 64M x 4, где 64M — это количество элементарных ячеек хранения (64 миллиона), а x4 (произносится «by four») — разрядность чипа, то есть разрядность каждой ячейки. Чипы DDR бывают x4 и x8, последние стоят дешевле в пересчёте на мегабайт ёмкости, но не позволяют использовать функции , и Intel .

Модули памяти

Модули DDR SDRAM выполнены в форм-факторе DIMM . На каждом модуле расположено несколько одинаковых чипов памяти и конфигурационный чип . На модулях регистровой (registered) памяти также располагаются регистровые чипы, буферизующие и усиливающие сигнал на шине, на модулях нерегистровой (небуферизованной, unbuffered) памяти их нет.

Характеристики модулей

• Объём. Указывается в мегабайтах или гигабайтах.
• Количество чипов (# of DRAM Devices). Кратно 8 для модулей без ECC , для модулей с ECC — кратно 9. Чипы могут располагаться на одной или обеих сторонах модуля. Максимальное умещающееся на DIMM количество — 36 (9x4).
• Количество строк (рангов) (# of DRAM rows (ranks)). Чипы, как видно из их характеристики, имеют 4- или 8-битную шину данных. Чтобы обеспечить более широкую полосу (например, DIMM требует 64 бита и 72 бита для памяти с ECC), чипы связываются в ранги. Ранг памяти имеет общую шину адреса и дополняющие друг друга линии данных. На одном модуле может размещаться несколько рангов. Но если нужно больше памяти, то добавлять ранги можно и дальше, установкой нескольких модулей на одной плате и используя тот же принцип: все ранги сидят на одной шине, только разные — у каждого свой. Большое количество рангов электрически нагружает шину, точнее контроллер и чипы памяти, и замедляет их работу. Отсюда начали применять многоканальную архитектуру , которая позволяет также независимо обращаться к нескольким модулям.
• Задержки ( тайминги ): CAS Latency (CL), Clock Cycle Time (tCK), Row Cycle Time (tRC), Refresh Row Cycle Time (tRFC), Row Active Time (tRAS).

Характеристики модулей и чипов, из которых они состоят, связаны.

Объём модуля равен произведению объёма одного чипа на число чипов. При использовании ECC это число дополнительно умножается на коэффициент 8/9, так как на каждый байт приходится один бит избыточности для контроля ошибок. Таким образом, один и тот же объём модуля памяти можно набрать большим числом (36) маленьких чипов или малым числом (9) чипов большего объёма.

Общая разрядность модуля равна произведению разрядности одного чипа на число чипов и равна произведению числа рангов на 64 (72) бита. Таким образом, увеличение числа чипов или использование чипов x8 вместо x4 ведёт к увеличению числа рангов модуля.

Пример: Варианты модуля 1Гб PC2100 Registered DDR SDRAM

Объём модуля	Количество чипов	Объём чипа	Организация	Количество строк (рангов)
1 Гб	36	256 Мбит	64М x 4	2
1 Гб	18	512 Мбит	64М x 8	2
1 Гб	18	512 Мбит	128М x 4	1

В данном примере сравниваются возможные компоновки модуля серверной памяти объёмом 1 Гб. Из представленных вариантов следует предпочесть первый или третий, так как они используют чипы x4, поддерживающие продвинутые методы исправления ошибок и защиты от сбоев. При необходимости использовать одноранговую память остаётся доступен только третий вариант, однако в зависимости от текущей стоимости чипов объёмом 256 Мбит и 512 Мбит он может оказаться дороже первого.

Спецификация модулей памяти

Название модуля	Тип чипа	Тактовая частота шины памяти, МГц	Максимальная теоретическая пропускная способность, Мбайт/с
			одноканальный режим	двухканальный режим
PC1600*	DDR200	100	1600	3200
PC2100*	DDR266	133	2133	4267
PC2400	DDR300	150	2400	4800
PC2700*	DDR333	166	2667	5333
PC3000	DDR366	183	3000	6000
PC3200*	DDR400	200	3200	6400
PC3500	DDR433	217	3467	6933
PC3700	DDR466	233	3733	7467
PC4000	DDR500	250	4000	8000
PC4200	DDR533	267	4267	8533
PC5600	DDR700	350	5600	11200

Примечание 1: стандарты, помеченные символом «*», официально сертифицированы JEDEC . Остальные типы памяти не сертифицированы JEDEC, хотя их и выпускали многие производители памяти, а большинство выпускавшихся в последнее время материнских плат поддерживали данные типы памяти.

Примечание 2: выпускались модули памяти, работающие и на более высоких частотах (до 350 МГц, DDR700), но эти модули не пользовались большим спросом и выпускались в малом объёме, кроме того, они имели высокую цену .

Размеры модулей также стандартизированы JEDEC.

Надо заметить, что нет никакой разницы в архитектуре DDR SDRAM с различными частотами, например, между PC1600 (работает на частоте 100 МГц) и PC2100 (работает на частоте 133 МГц). Просто стандарт говорит о том, на какой гарантированной частоте работает данный модуль.

Модули памяти DDR SDRAM можно отличить от обычной SDRAM по числу выводов (184 вывода у модулей DDR против 168 выводов у модулей с обычной SDRAM) и по ключу (вырезы в области контактных площадок) — у SDRAM два, у DDR — один. Согласно JEDEC, модули DDR400 работают при напряжении питания 2,6 В, а все более медленные — при напряжении 2,5 В. Некоторые скоростные модули для достижения высоких частот работают при больших напряжениях, до 2,9 В.

Большинство последних чипсетов с поддержкой DDR позволяли использовать модули DDR SDRAM в двухканальном , а некоторые чипсеты и в четырёхканальном режиме. Данный метод позволяет увеличить в 2 или 4 раза соответственно теоретическую пропускную способность шины памяти. Для работы памяти в двухканальном режиме требуются 2 (или 4) модуля памяти. Рекомендуется использовать модули, работающие на одной частоте, имеющие одинаковый объём и временны́е задержки (латентность, тайминги). Ещё лучше использовать абсолютно одинаковые модули.

Сейчас модули DDR практически вытеснены модулями типов DDR2 , DDR3 , DDR4 и DDR5 , которые в результате некоторых изменений в архитектуре позволяют получить бо́льшую пропускную способность подсистемы памяти. Ранее главным конкурентом DDR SDRAM являлась память типа RDRAM ( Rambus ), однако ввиду наличия некоторых недостатков со временем была практически вытеснена с рынка.

Примечания

Литература

• В. Соломенчук, П. Соломенчук. Железо ПК. — 2008. — ISBN 978-5-94157-711-8 .
• Гук М. Ю. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия. — Питер, 2006. — 1072 с.
• Копейкин М. В., Спиридонов В. В., Шумова Е. О. Организация ЭВМ и систем. (Память ЭВМ): Учебн. Пособие. — СПб, 2004. — 153 с.

Ссылки

• (рус.)
• (недоступная ссылка) (англ.) — небольшой список возможных конфигураций модуля памяти.
• (англ.) — несколько справочных документов, описывающих организацию модулей памяти.