Теоретические различия памяти стандартов DDR3 vs DDR4

Теоретические различия памяти DDR3 vs DDR4

Разработка стандарта DDR4 началась ассоциацией JEDEC взялась еще в 2005 году. В это время полным ходом продавались планки памяти DDR2, и только намечался серийный выпуск модулей DDR3. Ещё в то время инженеры понимали, что возможности стандартов будут ограничены, и будут ограничивать, либо и вовсе не соответствовать уровню остальных комплектующих ПК.

После выпуска платформы Socket LGA 1151 наконец-то получилось сравнить между собой стандарты памяти DDR3 и DDR4 в равных условиях. Для начала стоит более детально понять теоретические различия между типами модулей памяти.

Дело обстоит не только в разнице пропускной способности памяти, но также в таких важных характеристиках, как энергопотребление модулей и объем их памяти.

Увеличение пропускной способности

От работы модулей памяти напрямую зависит пропускная способность подсистемы памяти. В реальных условиях эксплуатации пользователь может и не ощутить большого прироста от установки более производительных комплектов, ведь не все приложения постоянно обмениваются большими объемами данных.

Но в то же время, если говорить о специализированных программах, например фото и видеоредакторы, системы проектирования или программы для создания 3D моделей и анимации, то результат от применения скоростных модулей уже будет намного существеннее. Также высокая пропускная способность подсистемы памяти важна при использовании встроенной графики. Ведь у iGPU нет доступа к быстрым чипам GDDR5, поэтому вся необходимая ему информация помещается в оперативную память ПК. Соответственно, в данном случае установка более производительных комплектов памяти напрямую будет влиять на количество FPS на экране.

Базовая частота работы DDR3 модулей находится в диапазоне от 1066 до 1866 Мгц. У актуальной на сегодня DDR4, минимальная частота стартует с отметки 2133 Мгц.

С точки зрения разгонного потенциала, DDR4 имеет явный перевес, на сегодня максимально достигнута частота в 5608 Мгц. Рекордной частотой для модулей DDR3 является частота в 4620 МГц, которая была достигнута лишь спустя 7 лет после появления на рынке стандарта DDR3.

Улучшенные показатели энергоэффективности.

Изменения затронули в том числе, и энергопотребления модулей DDR4, основным из которых является возможность работы на более низких напряжениях. Для работы модулей памяти с номинальной частотой в 2133 Мгц достаточно 1,2В, что на 20% меньше, чем у предшественника (1,5В). Правда со временем на рынок вышла более энергоэффективная память DDR3L и DDR3U с напряжением 1,35В и 1,25В.

Также в DDR4 памяти ввели модернизированный интерфейс ввода/вывода данных под название POD "Pseudo-Open Drain". От используемого ранее SSTL (Series-Stub Terminated Logic) он отличается отсутствием утечки тока на уровне драйверов ячеек памяти.

Внедрение и использование всего комплекса энергоэффективных технологий должно привести к 30%-му выигрышу в энергопотреблении. С точки зрения настольного ПК это может казаться и несущественным показателем, но если речь дет о портативной электронике, (ноутбуки, ультрабуки), то 30% - вовсе не маленький показатель.

Модернизированная структура памяти

Память DDR3 в максимальной конфигурации содержит 8 банков памяти, тогда как в DDR4 доступно уже 16 банков. При этом длина строки в структуре чипа DDR3 составляет 2048 байт, а в DDR4 - 512 байт. В результате новый тип памяти позволяет быстрее переключаться между банками и открывать произвольные строки.

DDR4 микроархитектура использует 8-гигабитные чипы, модули стандарта DDR3, как правило создаются на основе микросхем с емкостью 4 Гбит. Из этого следует вывод, что при одинаковом количестве чипов, объем будет большим в два раза. Минимальный объем планки памяти DDR4 равен 4 Гигабайтам, что касается максимального объема то он достигает 64 Гб для серверных модулей DDR4, а для десктопных систем наиболее популярные решения на рынке имеют размер 8-16 Гб.

Увеличение всех основных характеристик модулей памяти, не повлияли на размер планок памяти, они остались сопоставимы. DDR4 имеет размер 133,35 x 31,25 мм против 133,35 x 30,35 мм у DDR3 соответственно. Физически изменилось только расположение ключа и количество контактов (количество которых увеличилось с 240 до 288). Установить новые модули памяти в слот DDR3 не получится, как и наоборот, ввиду физических различий.

В новом стандарте предусмотрено использование более прогрессивной шины взаимосвязи с контроллером памяти. В стандарте DDR3 применяется интерфейс Multi-Drop Bus с двумя каналами. Когда задействованы сразу 4 слота, получается, что два модуля подключены к одному каналу. Это сказывается не самым лучшим образом на производительности подсистемы памяти.

Более прогрессивная схема использование реализована в стандарте DDR4, один модуль на один канал памяти. Название нового типа памяти - Point-to-Point Bus. Параллельный доступ к слотам однозначно лучше последовательного, поскольку в дальнейшем позволяет более эффективно наращивать скорость работы всей подсистемы памяти. Наиболее явно пользователи могут это ощутить, когда возрастут объемы передаваемой информации. По такой же схеме развивались видеопамять GDDR и интерфейс PCI Express. Только использование параллельного доступа позволило увеличить их производительность.

Но в то же время шина памяти используемая в DDR4, создает определенные ограничения на количество используемых модулей. В этом случае, двухканальный контроллер может обслуживать только два слота, а четырехканальных - четыре. Если использовать планки памяти увеличенного объема, это не является столь критично, но все же на первых порах может вызвать определенные неудобства.

Решается эта проблема довольно простым способом − путем установки специального коммутатора (Digital Switch) между контроллером и слотами памяти. По принципу своего действия он напоминает коммутатор линий PCI Express. В результате пользователю, как и прежде, будет доступно 4 или 8 слотов (в зависимости от уровня платформы), при этом будут использоваться все преимущества шины Point-to-Point Bus.

Обнаружение и коррекция ошибок в памяти DDR4

Работа памяти на высокой скорости с большими стеками данных увеличивает возможность возникновения ошибок, поэтому инженеры при разработке стандарта DDR4 позаботились о том, чтобы механизм их обнаружения и предупреждения работал безотказно. В новых модулях использовались такие подходы как, поддержка функции коррекции промахов, связанных с контроллером четности команд и адресов, а также проверка контрольных сумм перед записью данных в память. На стороне же самого контроллера появилась возможность тестирования соединений без использования инициализирующих последовательностей.