DDR4 SDRAM - DDR4 SDRAM

DDR4 SDRAM
kettős adatsebesség 4 szinkron dinamikus véletlen hozzáférésű memória

RAM típusa
16  GiB DDR4-2666 1,2 V UDIMM
Fejlesztő	JEDEC
típus	Szinkron dinamikus véletlen hozzáférésű memória (SDRAM)
Generáció	4. generáció
Kiadási dátum	2014 ( 2014 )
Szabványok
Óra arány	800–1600 MHz
Feszültség	Hivatkozás 1.2 V
Előző	DDR3 SDRAM (2007)
Utód	DDR5 SDRAM (2020)

Dupla adatsebesség 4 A szinkron dinamikus véletlen hozzáférésű memória ( DDR4 SDRAM ) a szinkron dinamikus véletlen hozzáférésű memória egy típusa, nagy sávszélességű (" dupla adatsebesség ") interfésszel.

2014-ben jelent meg a piacon, a dinamikus véletlen hozzáférésű memória (DRAM) egyik változata , amelyből néhányat az 1970-es évek eleje óta használnak, és a DDR2 és DDR3 technológiák nagyobb sebességű utódja .

A DDR4 nem kompatibilis semmilyen korábbi típusú véletlen hozzáférésű memóriával (RAM) a különböző jelzési feszültségek és a fizikai interfész miatt, egyéb tényezők mellett.

A DDR4 SDRAM 2014 második negyedévében jelent meg a nyilvános piacon, az ECC memóriára összpontosítva , míg a nem ECC DDR4 modulok 2014 harmadik negyedévében váltak elérhetővé, és a DDR4 memóriát igénylő Haswell-E processzorok bevezetését kísérték .

Jellemzők

A DDR4 elsődleges előnyei elődjéhez, a DDR3 -hoz képest a nagyobb modul sűrűségű és alacsonyabb feszültségigényűek, nagyobb adatátviteli sebességgel párosulva . A DDR4 szabvány akár 64  GB DIMM memóriakártyát is lehetővé tesz , szemben a DDR3 maximum 16 GB -os DIMM memóriájával.

Eltérően a korábbi generációk a DDR memóriát, előzetes letöltési még nem emelkedett fölé 8N használt DDR3; az alapvető sorozatkép nyolc 64 bites szó, és nagyobb sávszélességet ér el több olvasási/írási parancs küldésével másodpercenként. Ennek lehetővé tétele érdekében a szabvány két vagy négy választható bankcsoportra osztja a DRAM -bankokat, ahol a különböző bankcsoportokhoz történő átutalások gyorsabban történhetnek.

Mivel az áramfogyasztás a sebességgel növekszik, a csökkentett feszültség lehetővé teszi a nagyobb sebességű működést indokolatlan áram- és hűtési igények nélkül.

A DDR4 1,2 V feszültséggel működik, 800 és 1600 MHz közötti frekvenciával (DDR4-1600-DDR4-3200), szemben a 400 és 1067 MHz közötti (DDR3-800-DDR3-2133) frekvenciákkal és 1,5 V feszültségigénnyel DDR3. A DDR jellegéből adódóan a sebességeket jellemzően e számok duplájaként hirdetik (a DDR3-1600 és a DDR4-2400 gyakoriak, a DDR4-3200, DDR4-4800 és DDR4-5000 magas áron kaphatók). A DDR3 1,35 V -os kisfeszültségű szabványos DDR3L -ével ellentétben nincs DDR4L kisfeszültségű DDR4 -es verzió.

Idővonal

Az első DDR4 memóriamodul prototípust a Samsung gyártotta, és 2011 januárjában jelentették be.

A DDR , DDR2 , DDR3 és DDR4 SDRAM fizikai összehasonlítása

Elöl és hátul 8 GB DDR4 memóriamodul

• 2005: A szabványügyi testület A JEDEC 2005 körül kezdte meg a DDR3 utódjának kidolgozását, körülbelül 2 évvel a DDR3 2007-es bevezetése előtt. A DDR4 magas szintű architektúráját 2008-ra tervezték befejezni.
• 2007: Néhány előzetes információt 2007 -ben tettek közzé, és a Qimonda vendégelőadója további nyilvános részleteket közölt a 2008. augusztusi San Francisco Intel Developer Forum (IDF) konferencián tartott prezentációjában . A DDR4 leírása szerint egy 30 nm -es folyamatot tartalmaz 1,2 volton, 2133 MT/s "normál" sebességű és 3200 MT/s "rajongói" sebességű buszfrekvenciával , és 2012 -ben érte el a piacot, mielőtt 2013 -ban 1 voltra váltott.
• 2009: Februárban a Samsung validálta a 40 nm -es DRAM -chipeket, amelyeket "jelentős lépésnek" tartottak a DDR4 fejlesztése felé, mivel 2009 -ben a DRAM chipek csak 50 nm -es folyamatba kezdtek átállni.
• 2010: Ezt követően további részletek derültek ki a MemCon 2010 -en, Tokióban (számítógépes memóriaipari rendezvény), amelyen a JEDEC igazgatójának előadása "Ideje újragondolni a DDR4 -et" egy diával "Új útiterv: Valósághűbb ütemterv 2015" egyes webhelyek arról számoltak be, hogy a DDR4 bevezetése valószínűleg vagy határozottan késik 2015 -ig. A DDR4 tesztmintákat azonban az eredeti ütemtervnek megfelelően, 2011 elején jelentették be, ekkor a gyártók elkezdték tanácsolni, hogy a nagyüzemi kereskedelmi gyártást és forgalomba hozatalt 2012 -re tervezték.
• 2011: Januárban a Samsung bejelentette a 2 GB -os DDR4 DRAM modul befejezését és tesztelésre bocsátását 30 és 39 nm közötti folyamat alapján . A maximális adatátviteli sebesség 2133  MT/s , 1,2 V -nál, pszeudo nyílt leeresztési technológiát alkalmaz ( grafikus DDR memóriából adaptálva ), és 40% -kal kevesebb energiát fogyaszt, mint egy egyenértékű DDR3 modul.
  Áprilisban a Hynix bejelentette, hogy 2 GB DDR4 modulokat gyárt 2400 MT/s sebességgel, amelyek szintén 1,2 V -on futnak 30 és 39 nm közötti folyamaton (a pontos folyamat nincs megadva), hozzátéve, hogy nagy volumenű gyártás megkezdését tervezte az év második felében 2012. A félvezető folyamatok a DDR4 esetében várhatóan 2012 vége és 2014 vége között valamikor 30 nm alá csökkennek.
• 2012: Májusban a Micron bejelentette, hogy 2012 végén szeretné megkezdeni a 30 nm -es modulok gyártását.
  Júliusban a Samsung bejelentette, hogy megkezdi a mintavételt az iparág első 16 GB -os regisztrált kettős soros memóriamoduljaiból (RDIMM) DDR4 SDRAM használatával vállalati szerverrendszerekhez.
  Szeptemberben a JEDEC kiadta a DDR4 végleges specifikációját.
• 2013: A DDR4 várhatóan a DRAM piac 5% -át fogja képviselni 2013 -ban, és 2015 körül eléri a tömeges piaci bevezetést és 50% -os piaci penetrációt ; 2013 -tól azonban a DDR4 elfogadása késett, és várhatóan csak 2016 -ban vagy később éri el a piac nagy részét. Az átmenet a DDR3 -ról a DDR4 -re így tovább tart, mint a DDR3 -hoz szükséges hozzávetőleg öt év, hogy tömegesen átálljanak a DDR2 -re. Részben ennek az az oka, hogy a többi komponensre vonatkozó változtatások a számítógépes rendszerek összes többi részét érintik, amelyeket frissíteni kell, hogy működjenek a DDR4 -el.
• 2014: Áprilisban a Hynix bejelentette, hogy kifejlesztette a világ első legnagyobb sűrűségű, 128 GB-os modulját, amely 8 Gbit-es DDR4 alapú,  20 nm-es technológiát használva. A modul 2133 MHz-en működik, 64 bites I/O-val, és másodpercenként akár 17 GB adatot képes feldolgozni.
• 2016: Áprilisban a Samsung bejelentette, hogy megkezdték a DRAM tömeges gyártását "10 nm-es" eljárással, ami alatt az 1x nm-es 16-19 nm-es csomópont-rendszert értik, ami 30% -kal gyorsabb adatátvitelt támogat 3200 Mbit/s sebességgel. Korábban 20 nm -es méretet használtak.

Piaci felfogás és elfogadás

2013 áprilisában az International Data Group (IDG) - egy amerikai technológiakutató vállalkozás, amely eredetileg az IDC része volt  - hírírója elemzést készített a DDR4 SDRAM -mal kapcsolatos felfogásaikról. A következtetések szerint a lassabb, de alacsony fogyasztású memóriát használó mobil számítástechnika és más eszközök növekvő népszerűsége, a hagyományos asztali számítógépes szektor növekedésének lassulása és a memóriagyártás piacának konszolidációja azt eredményezte, hogy a RAM-ok szűkösek.

Ennek eredményeképpen az új technológia kívánt prémium árképzését nehezebb elérni, és a kapacitás más ágazatokra helyeződött át. Az SDRAM -gyártók és a lapkakészlet -készítők bizonyos mértékig " egy szikla és egy kemény hely közé szorultak", ahol "senki sem akar prémiumot fizetni a DDR4 -termékekért, és a gyártók nem akarnak memóriát készíteni, ha nem kapják meg. prémium " - mondta Mike Howard, az iSuppli munkatársa. A fogyasztói hangulat megváltoztatása az asztali számítógépek felé, valamint az Intel és az AMD által DDR4 támogatással rendelkező processzorok kiadása potenciálisan "agresszív" növekedéshez vezethet.

Az Intel 2014-es Haswell ütemterve feltárta a vállalat első DDR4 SDRAM használatát Haswell-EP processzorokban.

Az AMD 2016 -ban bemutatott és 2017 -ben szállított Ryzen processzorai DDR4 SDRAM -ot használnak.

Művelet

A DDR4 chipek 1,2  V -os tápegységet és 2,5 V -os kiegészítő tápegységet használnak a V _PP nevű wordline boost -hoz, összehasonlítva a szabványos 1,5 V -os DDR3 -chipekkel , 2013 -ban pedig 1,35 V -nál alacsonyabb feszültségű változatok jelennek meg. 2133 MT/s sebességgel, amely becslések szerint 2013 -ra 4266 MT/s -ra emelkedhet. A minimális 2133 MT/s átviteli sebességet állítólag a DDR3 sebességekben elért haladásnak köszönheti, amelyek valószínűleg elérik a 2133 MT/s sebességet , kevés kereskedelmi haszna maradt a DDR4 ezen sebesség alatti megadásának. A Techgage a Samsung 2011. januári mérnöki mintáját úgy értelmezte, hogy a CAS késleltetési ideje 13 óra, ez összehasonlítható a DDR2 -ről DDR3 -ra való áttéréssel .

A belső bankok száma 16 -ra nő (4 bank kiválasztott bit), DIMM -enként akár 8 sorral.

A protokoll módosításai a következők:

• Paritás a parancs/cím buszon
• Adatbusz -inverzió (például GDDR4 )
• CRC az adatbuszon
• Az egyes DRAM-ok független programozása a DIMM-en, hogy jobban ellenőrizhető legyen a megszakítás utáni lezárás .

Megnövekedett memória sűrűség várható, esetleg TSV (" through-silicon via ") vagy más 3D-s halmozási eljárások használatával . A DDR4 specifikáció a JEDEC szerint szabványosított 3D halmozást fog tartalmazni "a kezdetektől fogva", legfeljebb 8 egymásra helyezett szerszámmal. Az X-bit Labs azt jósolta, hogy "ennek eredményeként a nagyon nagy sűrűségű DDR4 memóriachipek viszonylag olcsók lesznek".

A kapcsolt memóriabankok szintén várható megoldás a szerverek számára.

2008-ban a Wafer Level 3-D ICs Process Technology című könyvben aggodalmak merültek fel azzal kapcsolatban, hogy a nem skálázódó analóg elemek, például a töltőszivattyúk és a feszültségszabályozók , valamint a további áramkörök "lehetővé tették a sávszélesség jelentős növekedését, de sokkal több szerszámfelületet fogyasztanak ". Ilyen például a CRC hibafelismerés, a megszakítás utáni lezárás , a burst hardver, a programozható csővezetékek, az alacsony impedancia és az érzékelőerősítők iránti növekvő szükséglet (az alacsony feszültség miatti bitvonalas bitcsökkenésnek tulajdonítható). A szerzők megjegyezték, hogy ennek eredményeként a memória tömbhöz használt szerszámok mennyisége az idő múlásával az SDRAM és a DDR1 esetében 70-78% -ról, a DDR2 -ről 47% -ra, a DDR3 -ról 38% -ra és potenciálisan 30 -ra csökkent % DDR4 esetén.

A specifikáció szabványokat határozott meg a 2, 4, 8 és 16 GB kapacitású × 4, × 8 és × 16 memóriaeszközökre.

Parancs kódolása

Bár alapvetően ugyanúgy működik, a DDR4 egy jelentős változtatást hajt végre a korábbi SDRAM generációk által használt parancsformátumokban . Egy új parancsjel, az ACT , alacsony az aktiválás (nyitott sor) parancs jelzésére.

Az aktiválási parancs több címbitet igényel, mint bármi más (18 soros címbit egy 16 Gbit-es részben), így a szabványos RAS , CAS és WE aktív alacsony jeleket megosztja olyan nagyrendű címbitekkel, amelyeket nem használnak, ha az ACT magas . A korábban aktiválási parancsot kódoló RAS = L és CAS = WE = H kombináció nem használható.

A korábbi SDRAM kódolásokhoz hasonlóan az A10 parancsválasztékokat választja ki: automatikus előtöltés az olvasási és írási parancsokon, és egy bank vs. minden bank az előtöltési parancshoz. A ZQ kalibrációs parancs két változatát is kiválasztja.

Mint DDR3, A12 használják kérés tört karaj : csonkolása 8 transzfer robbant után négy transzferek. Bár a bank még mindig foglalt és nem érhető el más parancsokhoz, amíg nyolc átutalási idő le nem telik, más bank is elérhető.

Emellett jelentősen megnőtt a banki címek száma. Négy bankválasztó bit van, amelyek mindegyik DRAM -ban legfeljebb 16 bankot választhatnak ki: két bankcím -bit (BA0, BA1) és két bankcsoport -bit (BG0, BG1). További időzítési korlátozások vonatkoznak az ugyanazon bankcsoporthoz tartozó bankokhoz való hozzáférésre; gyorsabb a hozzáférés egy másik bankcsoporthoz tartozó bankhoz.

Ezenkívül három chipválasztó jel is rendelkezésre áll (C0, C1, C2), így akár nyolc egymásra helyezett chip is elhelyezhető egyetlen DRAM csomagban. Ezek ténylegesen további három bank kiválasztott bitként működnek, így összesen hét (128 lehetséges bank).

Szabványos adatátvitelt 1600, 1866 2133, 2400, 2666, 2933, és 3200 MT / s ( 12- / 15- , 14- / 15- , 16- / 15- , 18- / 15- , 20- / 15- , 22- / 15- és 24- / 15-  GHz órajel, dupla adatátviteli sebesség), akár DDR4-4800 (2400 MHz órajel) sebességgel a kereskedelemben kapható.

Tervezési szempontok

A Micron Technology DDR4 csapata azonosított néhány kulcsfontosságú pontot az IC és a PCB tervezésében:

IC tervezés:

• VrefDQ kalibrálás (DDR4 "megköveteli, hogy a VrefDQ kalibrálást a vezérlő végezze el");
• Új címzési sémák ("bankcsoportosítás", ACT a RAS , CAS és WE parancsok helyett , PAR és Alert a hibák ellenőrzéséhez és DBI az adatbusz -inverzióhoz);
• Új energiatakarékos funkciók (alacsony fogyasztású automatikus önfrissítés, hőmérséklet-szabályozott frissítés, finom szemcsés frissítés, adatbusz-inverzió és CMD/ADDR késés).

Áramköri lap kialakítása:

• Új tápegységek (VDD/VDDQ 1,2 V -on és wordline boost, VPP néven 2,5 V -on);
• A VrefDQ -t a DRAM -on belül kell szállítani, míg a VrefCA -t kívülről a kártyáról;
• A DQ csapok magasan végződnek pszeudo-nyitott leeresztő I/O használatával (ez eltér a DDR3 CA-csapjaitól, amelyek VTT-hez vannak középen hozzácsapva).

A Rowhammer mérséklési technikái közé tartozik a nagyobb tároló kondenzátorok, a címsorok módosítása a címtér- elrendezés véletlenszerű használatára, valamint a kettős feszültségű I/O vonalak, amelyek tovább szigetelik a lehetséges határfeltételeket, amelyek nagy írási/olvasási sebességnél instabilitást eredményezhetnek.

Modul csomagolás

Egy 16 GB-os Micron DDR4 SO-DIMM modul

A DDR4 memória 288 tűs kettős soros memóriamodulban (DIMM) kerül forgalomba, hasonlóan a 240 tűs DDR3 DIMM memóriához . A csapok közelebb vannak egymástól (0,85 mm az 1,0 helyett), hogy illeszkedjenek a megnövelt számhoz ugyanazon 133,35 mm -es szabványos DIMM hosszúságon belül, de a magasság kissé megnő (31,25 mm/1,23 in 30,35 mm/1,2 hüvelyk helyett) ) a jeltovábbítás megkönnyítése érdekében, és a vastagságot is megnövelik (1,2 mm -ről 1,0 -re), hogy több jelréteget helyezzenek el. A DDR4 DIMM modulok enyhén ívelt élcsatlakozóval rendelkeznek, így a modul behelyezésekor nem minden csap van egyidejűleg bekapcsolva, ami csökkenti a behelyezési erőt.

A DDR4 SO-DIMM modulok 260 tűvel rendelkeznek a DDR3 SO-DIMM modulok 204 tűje helyett, 0,5 és nem 0,6 mm távolságra, és 2,0 mm szélesebbek (69,6 versus 67,6 mm), de változatlanul 30 mm magasak.

Az Intel Skylake mikroarchitektúrájához tervezett egy UniDIMM nevű SO-DIMM csomagot , amely akár DDR3, akár DDR4 chipekkel tölthető fel. Ugyanakkor bejelentették, hogy a Skylake CPU -k integrált memóriavezérlője (IMC) képes bármely típusú memóriával dolgozni. Az UniDIMM -ek célja, hogy segítse a piaci átmenetet a DDR3 -ról a DDR4 -re, ahol az árak és a rendelkezésre állás miatt nem kívánatos a RAM típusának megváltoztatása. Az UniDIMM-ek mérete és csapszáma megegyezik a hagyományos DDR4 SO-DIMM-ekével, de az élcsatlakozó bemetszése eltérően van elhelyezve, hogy elkerülje a véletlen használatot az inkompatibilis DDR4 SO-DIMM foglalatokban.

Modulok

JEDEC szabványos DDR4 modul

CAS késleltetés (CL)

Óra ciklusok az oszlopcím memóriába küldése és az adatok eleje között

tRCD

Óra ciklusok a sorok aktiválása és az olvasás/írás között

tRP

Óra ciklusok a sorok előtöltése és aktiválása között

A DDR4-xxxx a bitenkénti adatátviteli sebességet jelöli, és általában a DDR chipek leírására szolgál. A PC4-xxxxx a teljes átviteli sebességet jelzi megabájt másodpercenként, és csak a modulokra (összeszerelt DIMM-ek) vonatkozik. Mivel a DDR4 memóriamodulok 8 bájt (64 adatbit) széles buszon továbbítanak adatokat, a modul csúcsátviteli sebességét úgy számítják ki, hogy másodpercenként átvitelt vesznek, és megszorozzák nyolccal.

Utód

A 2016 -os Intel Fejlesztői Fórumon megvitatták a DDR5 SDRAM jövőjét . A specifikációkat 2016 végén véglegesítették, de 2020 előtt egyetlen modul sem lesz elérhető. Más memóriatechnológiákat is javasoltak - nevezetesen a HBM -et a 3. és 4. verzióban -, amelyek a DDR4 helyettesítését célozzák.

2011 -ben a JEDEC közzétette a Wide I/O 2 szabványt; több memóriahalált halmoz, de ezt közvetlenül a CPU tetején és ugyanabban a csomagban teszi. Ez a memóriaelrendezés nagyobb sávszélességet és jobb teljesítményt biztosít, mint a DDR4 SDRAM, és széles interfészt tesz lehetővé rövid jelhosszúsággal. Elsősorban a nagy teljesítményű beágyazott és mobileszközökben, például okostelefonokban használt különféle DDR X SDRAM szabványok helyettesítését célozza . A Hynix hasonló nagy sávszélességű memóriát (HBM) javasolt , amelyet JEDEC JESD235 néven publikáltak. Mind a Wide I/O 2, mind a HBM nagyon széles párhuzamos memóriainterfészt használ, akár 512 bit széles Wide I/O 2 esetén (a DDR4 64 bitjéhez képest), alacsonyabb frekvencián, mint a DDR4. A Wide I/O 2 nagy teljesítményű kompakt készülékeket céloz meg, mint például okostelefonokat, ahol chipen (SoC) csomagokban integrálják a processzorba vagy a rendszerbe . A HBM a grafikus memóriát és az általános számítástechnikát célozza, míg a HMC a csúcskategóriás szervereket és a vállalati alkalmazásokat célozza.

Micron Technology „s Hybrid Memory Cube (HMC) halmozott memória használ egy soros interfészen. Sok más számítógépes busz a párhuzamos buszok soros buszokra való cseréje felé vándorolt, például a párhuzamos ATA -t helyettesítő soros ATA , a PCI -t helyettesítő PCI Express és a párhuzamos portokat helyettesítő soros portok fejlődésével . Általánosságban elmondható, hogy a soros buszok méretezése könnyebb, és kevesebb vezeték/nyom van rajtuk, így az őket használó áramköri lapok könnyebben tervezhetők.

Hosszabb távon a szakértők azt feltételezik, hogy a nem felejtő RAM-típusok, mint a PCM ( fázisváltó memória ), az RRAM ( rezisztív véletlen hozzáférésű memória ) vagy az MRAM ( mágneses rezisztív véletlen hozzáférésű memória ) helyettesíthetik a DDR4 SDRAM-ot és utódjait.

A GDDR5 SGRAM a DDR3 szinkron grafikus RAM grafikus típusa , amelyet a DDR4 előtt mutattak be, és nem a DDR4 utódja.

Lásd még

• Szinkron dinamikus véletlen hozzáférésű memória  - fő cikk a DDR memória típusokról
• Az eszköz sávszélességeinek listája
• Memória időzítések

Megjegyzések

Hivatkozások

Külső linkek

• Fő memória: DDR3 és DDR4 SDRAM , JEDEC, DDR4 SDRAM STANDARD (JESD79-4)
• DDR4 (PDF) (fehér papír), Corsair Components, archiválva az eredetiből (PDF) 2014. október 10 -én.