Ddr3 vs ddr4

Содержание

Начало новой эпохи. Как работает оперативная память стандарта DDR4
О стандарте SDRAM и модулях памяти
Пришествие DDR
Je vůbec rozdíl mezi DDR4 a DDR5 pamětmi?
Память DDR2 и DDR3
DDR3 vs DDR4 — RAM SPEED WHICH IS Faster? True Apples to Apples Comparison!
DDR4 — очередная эволюция
Железный эксперимент: сравнение оперативной памяти DDR3 и DDR4 для процессоров Intel Skylake
Муки выбора
Сравнение памяти DDR4-2400/2666/2933/3200/3466 на процессорах Intel Core i3-8100 и Intel Core i5-8400
- Похожие статьи

Спецификация

Начало новой эпохи. Как работает оперативная память стандарта DDR4

Новые модули памяти DDR4 уже несколько месяцев как вышли на рынок. Да вот незадача — пока на примыкающих полках в магазинах нет ни одной материнской платы и ни 1-го центрального микропроцессора, которые поддерживали бы новый эталон ОЗУ. Но скоро все поменяется. В связи с официальным анонсом Intel Haswell-E и платформы X99 Express мы решили вспомнить, как развивалась разработка DDR, также уделить пристальное внимание новым строительным «фишкам» DDR4.

Вот и вышли микропроцессоры Intel Haswell-E. Ferra.ru уже успела протестировать лучший 8-ядерник Core i7-5960X, также материнскую плату ASUS X99-DELUXE. И, пожалуй, главной «фишкой» новейшей платформы стала поддержка стандарта оперативки DDR4.

Из этой статьи вы узнаете, какими же преимуществами обладают «мозги» последнего поколения, и как полученные изменения повлияют на производительность памяти. Однако для начала — небольшой экскурс в историю.

Начало новой эпохи, эпохи DDR4

О стандарте SDRAM и модулях памяти

Первые модули SDRAM появились еще в 1993 году. Их выпустила компания Samsung. А уже к 2000 году память SDRAM за счет производственных мощностей корейского гиганта полностью вытеснила с рынка стандарт DRAM. Аббревиатура SDRAM расшифровывается как Synchronous Dynamic Random Access Memory.

Дословно это можно перевести как «синхронная динамическая память с произвольным доступом». Поясним значение каждой характеристики. Динамической память является так как в силу малой емкости конденсаторов она постоянно требует обновления. К слову, кроме динамической, также существует и статическая память, которая не требует постоянного обновления данных (SRAM). SRAM, например, лежит в основе кэш-памяти. Помимо динамической, память также является синхронной, в отличие от асинхронной DRAM.

Синхронность состоит в том, что память выполняет каждую операцию известное число времени (или тактов). Например, при запросе каких-либо данных контроллер памяти точно знает, сколько времени они будут до него добираться. Свойство синхронности позволяет управлять потоком данных и выстраивать их в очередь. Ну и пару слов о «памяти с произвольным доступом» (RAM).

Это означает, что единовременно можно получить доступ к любой ячейке по ее адресу на чтение или запись, причем всегда за одно и то же время вне зависимости от расположения.

Модуль памяти SDRAM

Если говорить непосредственно о конструкции памяти, то ее ячейками являются конденсаторы. Если заряд в конденсаторе есть, то процессор расценивает его как логическую единицу. Если заряда нет — как логический ноль. Такие ячейки памяти имеют плоскую структуру, а адрес каждой из них определяется как номер строки и столбца таблицы. В каждом чипе находится несколько независимых массивов памяти, которые представляют собой таблицы. Их называют банками.

В единицу времени можно работать только с одной ячейкой в банке, однако существует возможность работы сразу с несколькими банками. Записываемая информация необязательно должна храниться в одном массиве. Зачастую она разбивается на несколько частей и записывается в разные банки, причем процессор продолжает считать эти данные единым целым. Такой способ записи называется interleaving. В теории, чем больше в памяти таких банков, тем лучше. На практике модули с плотностью до 64 Мбит имеют два банка.

С плотностью от 64 Мбит до 1 Гбит — четыре, а с плотностью 1 Гбит и выше — уже восемь.

Что такое банк памяти

И несколько слов о строении модуля памяти. Сам по себе модуль памяти представляет собой интегральную схему с распаянными на ней чипами. Обычно, в продаже можно встретить устройства, выполненные в форм-факторах DIMM (Dual In-line Memory Module) или SO-DIMM (Small Outline Dual In-line Memory Module). Первый предназначается для использования в полноценных настольных компьютерах, а второй — для установки в ноутбуки.

Несмотря на один и тот же форм-фактор, модули памяти разных поколений отличаются количеством контактов. Например, решение SDRAM имеет 144 пина для подключения к материнской плате, DDR — 184, DDR2 — 214 пинов, DDR3 — 240, а DDR4 — уже 288 штук. Конечно, речь в этом случае идет о DIMM-модулях. Устройства, выполненные в форм-факторе SO-DIMM, само собой имеют меньшее число контактов в силу своих меньших размеров.

Например, модуль памяти DDR4 SO-DIMM подключается к «материнке» за счет 256 пинов.

Модуль DDR (внизу) имеет больше пинов, чем SDRAM (вверху)

Источник изображения Вполне очевидно и то, что объем каждого модуля памяти высчитывается как сумма емкостей каждого распаянного чипа. Чипы памяти, конечно, могут отличаться своей плотностью (или, проще говоря, объемом). Например, прошедшей весной компания Samsung наладила серийное производство чипов с плотностью 4 Гбит. Причем в обозримом будущем планируется выпуск памяти с плотностью 8 Гбит.

Также модули памяти имеют свою шину. Минимальная ширина шины составляет 64 бит. Это означает, что за такт передается 8 байт информации. При всем этом нужно отметить, что также существуют 72-битные модули памяти, в каких «лишние» 8 бит отведены для технологии коррекции ошибок ECC (Error Checking & Correction).

Кстати, ширина шины модуля памяти также является суммой ширин шин каждого отдельно взятого чипа памяти. Другими словами, если шина модуля памяти является 64-битной и на планке распаяно восемь чипов, то ширина шины памяти каждого чипа равна 64/8=8 бит.

Чтобы рассчитать теоретическую пропускную способность модуля памяти, можно воспользоваться следующей формулой: A*64/8=ПС, где «А» — это скорость передачи данных, а «ПС» — искомая пропускная способность. В качестве примера можно взять модуль памяти типа DDR3 с частотой 2400 МГц. В таком случае пропускная способность будет равняться 2400*64/8=19200 Мбайт/с. Именно это число имеется в виду в маркировке модуля PC3-19200. Как происходит непосредственно чтение информации из памяти? Сначала подается адресный сигнал в соответствующую строку (Row), а уже затем считывается информация из нужного столбца (Column).

Информация считывается в так называемый усилитель (Sense Amplifiers) — механизм подзарядки конденсаторов. Почти всегда контроллер памяти считывает сразу целый пакет данных (Burst) с каждого бита шины. Соответственно, при записи каждые 64 бита (8 байт) делятся на несколько частей. К слову, существует такое понятие как длина пакета данных (Burst Length).

Если эта длина равна 8, то за раз передается сразу 8*64=512 бит.

Модули и чипы памяти также имеют такую характеристику, как геометрия, или организация (Memory Organization). Геометрия модуля показывает его ширину и глубину. Например, чип с плотностью 512 Мбит и разрядностью (шириной) 4 имеет глубину чипа 512/4=128М. В свою очередь, 128М=32М*4 банка. 32М — это матрица, содержащая 16000 строк и 2000 столбцов.

Она может хранить 32 Мбит данных. Что касается самого модуля памяти, то почти всегда его разрядность составляет 64 бита. Глубина же легко высчитывается по следующей формуле: объем модуля умножается на 8 для перевода из байтов в биты, а затем делится на разрядность.

На маркировке без усилий можно найти значения таймингов

TRCD (RAS to CAS Delay) — время, которое необходимо для активации строки банка. Минимальное время между командой активации и командой чтения/записи;
CL (CAS Latency) — время между подачей команды чтения и началом передачи данных;
TRAS (Active to Precharge) — время активности строки. Минимальное время между активацией строки и командой закрытия строки;
TRP (Row Precharge) — время, необходимое для закрытия строки;
TRC (Row Cycle time, Activate to Activate/Refresh time) — время между активацией строк одного и такого же банка;
TRPD (Active bank A to Active bank B) — время между командами активации для разных банков;
TWR (Write Recovery time) — время между окончанием записи и подачей команды закрытия строки банка;
TWTR (Internal Write to Read Command Delay) — время между окончанием записи и командой чтения.

Конечно, это далеко не все существующие в модулях памяти задержки. Можно перечислить еще добрый десяток всевозможных таймингов, но лишь указанные выше параметры существенно влияют на производительность памяти. Кстати, в маркировке модулей памяти и вовсе указываются только четыре задержки. Например, при параметрах 11-13-13-31 тайминг CL равен 11, TRCD и TRP — 13, а TRAS — 31 такту.

С течением времени потенциал SDRAM достигла своего потолка, и производители столкнулись с проблемой повышения быстродействия оперативки. Так на свет появился стандарт DDR.1

Пришествие DDR

Разработка стандарта DDR (Double Data Rate) началась еще в 1996 году и закончилась официальной презентацией в июне 2000 года. С приходом DDR уходящую в прошлое память SDRAM стали называть попросту SDR. Чем все-таки стандарт DDR отличается от SDR?

После того как все ресурсы SDR были исчерпаны, у производителей памяти было несколько путей решения проблемы повышения производительности. Можно было бы просто наращивать число чипов памяти, тем увеличивая разрядность всего модуля. Однако это отрицательно сказалось бы на стоимости таких решений — уж очень дорого обходилась эта затея. Поэтому в ассоциации производителей JEDEC пошли иным путем. Было решено вдвое увеличить шину внутри чипа, а передачу данных осуществлять также на вдвое повышенной частоте.

Кроме этого, в DDR предусматривалась передача информации по обоим фронтам тактового сигнала, другими словами дважды за такт. Отсюда и берет свое начало аббревиатура DDR — Double Data Rate.

Модуль памяти DDR производства Kingston

С приходом стандарта DDR появились такие понятия, как реальная и эффективная частота памяти. Например, многие модули памяти DDR работали на скорости 200 МГц. Эта частота называется реальной. Но из-за того, что передача данных осуществлялась по обоим фронтам тактового сигнала, производители в маркетинговых целях умножали эту цифру на 2 и получали якобы эффективную частоту 400 МГц, которую и указывали в маркировке (в этом случае — DDR-400).

При всем этом в спецификациях JEDEC указано, что использовать термин «мегагерц» для характеристики уровня производительности памяти и вовсе некорректно! Вместо него необходимо использовать «миллионы передач за секунду через один выход данных». Однако маркетинг — дело серьезное, указанные в стандарте JEDEC рекомендации мало кому были интересны. Поэтому новый термин так и не прижился. Также в стандарте DDR впервые появился двухканальный режим работы памяти.

Использовать его можно было при наличии четного числа модулей памяти в системе. Его суть заключается в создании виртуальной 128-битной шины за счет чередования модулей. В таком случае происходила выборка сразу 256 бит. На бумаге двухканальный режим может поднять производительность подсистемы памяти вдвое, однако на практике прирост скорости оказывается минимален и далеко не всегда заметен.

Он зависит не только лишь от модели оперативки, да и от таймингов, чипсета, контроллера памяти и частоты.

Четыре модуля памяти работают в двухканальном режиме

Еще одним нововведением в DDR стало наличие сигнала QDS. Он располагается на печатной плате вместе с линиями данных. QDS был полезен при использовании двух и поболее модулей памяти. В таком случае данные приходят к контроллеру памяти с небольшой разницей во времени из-за разного расстояния до них.

Это создает проблемы при выборе синхросигнала для считывания данных, которые успешно решает как раз QDS. Как уже говорилось выше, модули памяти DDR выполнялись в форм-факторах DIMM и SO-DIMM. В случае DIMM количество пинов составляло 184 штуки. Для того чтобы модули DDR и SDRAM были физически несовместимы, у решений DDR ключ (разрез в области контактной площадки) располагался в ином месте.

Кроме этого, модули памяти DDR работали с напряжением 2,5 В, тогда как устройства SDRAM использовали напряжение 3,3 В. Соответственно, DDR обладала меньшим энергопотреблением и тепловыделением в сравнении с предшественником. Максимальная частота модулей DDR составляла 350 МГц (DDR-700), хотя спецификациями JEDEC предусматривалась лишь частота 200 МГц (DDR-400).

Je vůbec rozdíl mezi DDR4 a DDR5 pamětmi?

Память DDR2 и DDR3

Первые модули типа DDR2 появились в продаже во 2-м квартале 2003 года. В сравнении с DDR, оперативка второго поколения не получила существенных изменений. DDR2 использовала всю ту же архитектуру 2 n -prefetch. Если раньше внутренняя шина данных была вдвое больше, чем внешняя, то теперь она стала шире вчетверо. При всем этом возросшую производительность чипа стали передавать по внешней шине с удвоенной частотой. Именно частотой, но не удвоенной скоростью передачи. В конечном итоге мы получили, что если у DDR-400 чип работал на реальной частоте 200 МГц, то в случае DDR2-400 он функционировал со скоростью 100 МГц, но с вдвое большей внутренней шиной.

Также DDR2-модули получили большее количество контактов для присоединения к материнской плате, а ключ был перенесен в другое место для физической несовместимости с планками SDRAM и DDR. Вновь было снижено рабочее напряжение. Если модули DDR работали при напряжении 2,5 В, то решения DDR2 функционировали при разности потенциалов 1,8 В. По сути, на этом все отличия DDR2 от DDR заканчиваются. Первое время модули DDR2 в негативную черту отличались высокими задержками, из-за чего проигрывали в производительности планкам DDR с одинаковой частотой.

Однако вскоре ситуация вернулась на круги своя: производители снижали задержки и выпускали более быстрые наборы оперативки. Максимальная частота DDR2 достигала отметки эффективных 1300 МГц.

Различное положение ключа у модулей DDR, DDR2 и DDR3

DDR3 vs DDR4 — RAM SPEED WHICH IS Faster? True Apples to Apples Comparison!

При переходе от стандарта DDR2 к DDR3 использовался тот же самый подход, что и при переходе от DDR к DDR2. Само собой, сохранилась передача данных по обоим концам тактового сигнала, а теоретическая пропускная способность выросла вдвое. Модули DDR3 сохранили архитектуру 2 n -prefetch и получили 8-битную предвыборку (у DDR2 она была 4-битной). При всем этом внутренняя шина стала в восемь раз больше, чем внешняя. Из-за этого в очередной раз при смене поколений памяти увеличились ее тайминги.

Номинальное рабочее напряжение для DDR3 было снижено до 1,5 В, что позволило сделать модули более энергоэффективными. Заметим, что, кроме DDR3, существует память типа DDR3L (буква L означает Low), которая работает с пониженным до 1,35 В напряжением. Также необходимо отметить, что модули DDR3 оказались ни физически, ни электрически несовместимы с любым из предыдущих поколений памяти.

Конечно, чипы DDR3 получили поддержку некоторых новых технологий: например, автоматическую калибровку сигнала и динамическое терминирование сигналов. Однако в целом все изменения носят преимущественно количественный характер.

DDR4 — очередная эволюция

Наконец, мы добрались до совершенно новой памяти типа DDR4. Ассоциация JEDEC начала разработку стандарта еще в 2005 году, однако лишь весной этого года первые устройства появились в продаже. Как говорится в пресс-релизе JEDEC, при разработке инженеры пытались достичь наибольшей производительности и надежности, увеличив при всем этом энергоэффективность новых модулей. Что ж, такое мы слышим всякий раз.

Давайте посмотрим, какие конкретно изменения получила память DDR4 в сравнении с DDR3.

Железный эксперимент: сравнение оперативной памяти DDR3 и DDR4 для процессоров Intel Skylake

Ferra.ru запускает новую рубрику, в рамках которой тестовая лаборатория наглядно ответит на наиболее насущные вопросы о сборке компьютера, апгрейде и возможностях по увеличению производительности компонентов системы. Начнем со сравнения оперативки стандартов DDR3 и DDR4 для процессоров Intel Skylake.

Первой коммерческой компьютерной платформой, поддерживающей память DDR4, стала LGA2011-v3 для 6- и 8-ядерных процессоров Haswell-E. В 2015 году Intel выпустила массовые (читай — более дешевые) чипы семейства Skylake. Эти модели — переходные, в них встроен двойной контроллер памяти. Очевидно, что последующие решения Intel будут работать исключительно с DDR4. В этом году AMD наконец-то представит процессоры Zen.

Известно, что они тоже будут работать с DDR4, но, возможно, «красные» поступят точно также, другими словами выпустят «камни» с двойным контроллером памяти. У многих пользователей при сборке компьютера с нуля возникает вполне резонный вопрос: с какой памятью собирать системный блок на процессоре Intel Skylake? С одной стороны, DDR4 — это более прогрессивная разработка. С другой стороны, DDR3 пока стоит дешевле.

Железный эксперимент: сравнение оперативки DDR3 с DDR4

Разработка памяти стандарта DDR4 началась еще в 2005 году, больше 10 годов назад. Используется все та же архитектура 2 n -prefetch, поэтому в данном типе памяти в сравнении с DDR3 нет ничего принципиально нового. DDR4 — это чистейшая эволюция. Подробно о новом типе оперативки мы уже рассказывали. Преимущества четвертого поколения перед третьим очевидны: более высокие частоты работы при меньшем потреблении энергии, также увеличение емкости чипов.

Уже сейчас в продаже есть киты ОЗУ с эффективной частотой 4000+ МГц. DDR3 такими скоростными показателями похвастать не может.

Эволюция оперативки DDR

Муки выбора

Итак, процессоры Intel Skylake работают и с DDR3-памятью, и с DDR4. Но не все так просто. Встроенный контроллер официально поддерживает память DDR4-1866/2133 при напряжении 1,2 В или DDR3L-1333/1600. Буква L в названии означает Low Power. Другими словами напряжение не должно превышать 1,35 В. Большинство «старой» DDR3-памяти работает при 1,5/1,65 В. Получается, что такие «мозги» не подходят для чипов Skylake.

Вот и Intel рекомендует использовать исключительно DDR3L-1333/1600. Применение обычной DDR3, по заявлению чипмейкера, с течением времени выведет центральный процессор из строя.

Как вы сами понимаете, в краткосрочной перспективе проверить данный факт не представляется возможным. Все же некоторые материнские платы поддерживают установку обыкновенной DDR3-памяти с напряжением 1,5 В и выше. Существуют подводные камни. Например, ASUS Z170-P D3 при установке кита DDR3-2133 (1,65 В) автоматически выставила этому набору напряжение 1,48 В. Разность потенциалов в размере 1,5 В и выше BIOS платы помечает ярко-красным цветом — сигнализирует, что достигнут критический параметр, способный повредить железо. Одновременно в списке поддерживаемой памяти ASUS Z170-P D3 есть большое количество модулей, работающих с напряжением 1,5/1,65 В. У MSI нет плат на чипсете Z170 Express с поддержкой DDR3.

У ASRock и GIGABYTE, подобно решениям ASUS, тоже есть устройства с гарантированно совместимой высоковольтной памятью. Так кто же лукавит: Intel, которая всевозможными способами старается склонить покупателя к покупке DDR4, или производители материнских плат, цепляющиеся за любую возможность продать еще немного технологичного текстолита? Боюсь, что на этот вопрос ответит лишь время.

Сравнение памяти DDR4-2400/2666/2933/3200/3466 на процессорах Intel Core i3-8100 и Intel Core i5-8400

С выпуском новых наборов логики H370, B360 и H310 компания Intel сделала системы на процессорах Coffee Lake доступнее для потребителей, поскольку под них появились недорогие материнские платы. Например, решения на Z370 стоят на отечественном рынке приблизительно от $110, тогда как H370 понижает эту планку до $100, а платы на B360 и H310 можно найти от $70 и $60 соответственно. Но стоят они дешевле не просто так. Помимо разницы в числе высокоскоростных портов HSIO (High Speed Input / Output), есть и другие важные отличия.

Во-первых, на младших чипсетах недоступен разгон процессора, но это не сильно огорчит большинство пользователей. Такая возможность нужна лишь обладателям дорогих оверклокерских чипов с индексом «K», а остальные представители линейки Coffee Lake не разгоняются даже на платах с чипсетом Z370. Во-вторых, бюджетные наборы логики не позволяют установить частоту оперативки выше той, которая обозначена в спецификации конкретного CPU. Для Core i7 и Core i5 − это 2666 МГц, а для Core i3 и Pentium – 2400 МГц. И вот тут возникают резонные вопросы: «Насколько влияет скорость памяти на быстродействие систем с Coffee Lake?», «Может вместо топовой материнской платы на B360 взять сопоставимую по цене бюджетную на Z370 с возможностью разгона ОЗУ»?

Давайте разберемся!

Поскольку ключевым компонентом теста является оперативка, то на ней остановимся поподробнее. Нам в руки попал двухканальный 16-гигабайтный комплект DDR4-3466 TEAM GROUP T-FORCE GAMING DARK PRO.