Компания Rambus представила серию технологий межкомпонентных соединений, которые должны стать основой для нового поколения оперативной памяти DRAM. DDR4 DRAM на основе этих технологий обрел материальные черты уже в 2011 г. Промежуток рабочих частот у DDR4-SDRAM составит 2133~4266 МГц, с напряжением чипов памяти от 1,1 до 1,2 В.
Компания Rambus представила технологии, которые помогают в два раза увеличить скорость передачи данных по каждому контакту модуля памяти по сравнению с DDR 3 – до 3200 Мбит/с. Кроме того, будет значительно уменьшено напряжение питания для активного режима и режима ожидания, а также будет обеспечено обслуживание нескольких двухканальных модулей DIMM (Dual In-line Memory Module) на каждом канале памяти. Пока ни компания Intel, ни группа JEDEC не дают комментариев относительно предложений Rambus. Следует отметить, что производители традиционной оперативной памяти сейчас находятся в непростом положении – им на пятки наступают новые технологии NAND-памяти, сочетающей в себе скорость DRAM и энергонезависимость флэш-памяти. В частности, такие технологии разрабатывают компании Spansion (EcoRAM) и Schooner.
Аналитики прогнозировали, что, скорее всего, вместе с выходом новых моделей материнских плат, к 2012 году, появится и новый стандарт оперативной памяти – DDR4. Достижение новых рубежей быстродействия потребует радикальных изменений в топологии подсистемы памяти. Эффективная частота модулей DDR4 SDRAM составит от 2133 до 4266 МГц, что несколько выше предыдущих прогнозов (частоты до 2133 МГц смогут быть покрыты и модулями DDR3 SDRAM). Перспективные модули памяти окажутся не только быстрее, но и экономичнее своих предшественников. Они будут использовать пониженное до 1,1-1,2 В напряжение питания, а для энергоэффективной памяти штатным станет напряжение 1,05 В. Ожидается, что производителям чипов DRAM при изготовлении микросхем DDR4 SDRAM придётся прибегать к использованию самых передовых производственных технологий. Так, первые чипы DDR4 SDRAM могут быть выпущены по 32-нм.
Окончательные спецификации на DDR4 SDRAM были готовы в течение 2011 года, а серийное производство новой памяти началось уже в 2012 году. Фактический же массовый переход на использование DDR4 SDRAM прогнозируется на 2015 год. При этом необходимо иметь в виду, что экстремально высокие скорости работы памяти нового поколения потребуют внесения изменений в привычную структуру всей подсистемы памяти. Дело в том, что контроллеры DDR4 SDRAM смогут справиться лишь с единственным модулем в каждом канале. Это значит, что на смену параллельному соединению модулей памяти в каждом канале придёт чётко выраженная топология точка-точка (каждая установленная планка DDR4 будет задействовать разные каналы). Чтобы гарантировать высокие частоты спецификация DDR4 поддерживает только один модуль на каждый контроллер памяти. Это означает, что производителям потребуется увеличить плотность чипов памяти и создать более продвинутые модули. В то же время тайминги будут расти, хотя время доступа продолжит снижаться.
Это ограничение не самым лучшим образом может отразиться на тех применениях, где требуется поддержка больших объёмов памяти. Поэтому, либо производителям чипов придётся осваивать выпуск DDR4 микросхем повышенного объёма, что, видимо, потребует внедрения технологии сквозных кремниевых межсоединений (TSV), которая считается одним из самых перспективных способов уплотнения чипов. Либо, материнские платы начнут снабжаться специальными свитчами, позволяющими «растиражировать» один канал на несколько оконечных устройств.
Переход на новый стандарт происходит не по приказу свыше или чьему-то капризу, а в связи с неспособностью продуктов предыдущего поколения справляться с поставленными задачами. То есть, потребность в DDR4 возникнет сразу же после того, как DDR3 полностью исчерпает свои возможности.
Именно в этом и заключается причина переноса сроков внедрения DDR4 на более поздние сроки, нежели планировалось ранее. На сегодняшний день возможности архитектуры DDR3 вряд ли можно назвать исчерпавшими себя, так что пока есть смысл продолжать развитие этого стандарта и дальше. И чем больше удастся "выжать" из DDR3, тем дальше будут переноситься сроки внедрения DDR4.
Однако растущая производительность – не единственный «козырь», продлевающий жизнь стандарта DDR3 и отдаляющий появление DDR4. Есть ещё один важный момент – энергопотребление, напрямую связанное с напряжением питания чипов памяти. Первоначально предполагалось, что напряжение питания новой памяти DDR4 составит 1,2 В, и затем появятся новые поколения чипов с питающим напряжением 1,1 В и 1,05 В. В то же время, для DDR3, впервые представленной варианте с питанием в 1,5 В, экспансия должна была закончиться на нынешних 1,35 В чипах. Однако выпуск низковольтной памяти DDR3 с напряжением питания всего 1,25 В делает появление 1,2 В памяти DDR4 преждевременным, так как более высокие частоты работы памяти значительно увеличивают энергопотребление.
Кроме того, растущая ёмкость модулей, и здесь DDR3 вновь не готова сдавать позиции. Появление низковольтных чипов DDR3 емкостью 4 Гбит и 8 Гбит позволяет наладить выпуск очень ёмких модулей памяти с низким энергопотреблением, что также делает появление DDR4 в ближайшее время неактуальным.
В своё время, при переходе от памяти DDR2 к DDR3 разработчиками нового по тем временам стандарта был сделан революционный шаг. Типичная для DDR2 топология подключения шины памяти "звёздочкой" была заменена на сетевую (Fly-by) топологию командной, адресной и управляющей шин, с внутримодульной (On-DIMM) терминацией и прецизионными внешними резисторами (ZQ resistors) в цепях калибровки (рис. 1).
Рис. 1
Однако шине с многоточечной топологией линий передач данных всё же приходит конец (как он давным-давно пришёл для графической памяти GDDR). Не те нынче скорости, не те потребности в объёмах передаваемых данных. Применительно к стандарту DDR4 это означает, что место многоточечной топологии займут соединения типа "точка-точка" (рис. 2) , иначе не добиться значительного прироста производительности.
Рис. 2
Из этого следует, что подсистема памяти DDR4 позволит поддерживать только один единственный модуль памяти на каждый канал. Вряд ли это окажет существенное воздействие на рынок мобильных и настольных ПК, хотя увеличение объёмов оперативной памяти не помешает никому, однако наиболее важным этот вопрос будет для серверного рынка. Как же наращивать количество памяти в условиях таких жёстких канальных ограничений? Выходов из ситуации на сегодняшний день придумано несколько.
Первый – самый логичный: необходимо наращивать ёмкость собственно чипов и модулей памяти. Один из перспективных способов – изготовление многоярусных чипов по технологии TSV (Through-Silicon Via), которую также называют "объёмной", или просто 3D. Идея, кстати, отнюдь не нова, так как ещё в 2007 году компания Samsung Electronics объявила о выпуске первых многоярусных 512-Мбит чипов DRAM по технологии TSV. Именно эту технологию планирует использовать для выпуска DDR4 консорциум из компаний Elpida Memory, Powertech Technology и United Microelectronics (UMC). Совместными усилиями они намерены развивать технологию TSV (Through-Silicon Via) для выпуска многослойных 3D чипов, объединяющих логику и память. В рамках проекта будет разрабатываться технология выпуска многослойных чипов для норм 28-нм техпроцесса на базе технологий DRAM компании Elpida, сборочных предприятий компании PTI и производственных мощностей UMC по выпуску логики. Таким образом, планируется добиться выпуска относительно недорогих чипов памяти DDR4 очень высокой ёмкости.
Ещё один хорошо известный и уже зарекомендовавший себя способ - использование техники так называемой "разгружающей памяти" - LR-DIMM (Load-Reduce DIMM). Суть идеи состоит в том, что в состав модуля памяти LR-DIMM входит специальный чип (или несколько чипов), буферизирующих все сигналы шины и позволяющих увеличить количество поддерживаемой системой памяти.
Для сегмента серверных и high-end вычислений, где востребован очень большой объём памяти, предлагается совершенно иной выход из ситуации. Здесь предполагается использование высокоскоростной коммутации специальными многовходовыми чипами-коммутаторами (рис. 3).
Рис. 3
При переходе к DDR4, испытать тяготы перехода придётся всем – и производителям чипов, и производителям модулей памяти. За счёт изменения топологии и архитектуры памяти сложнее придётся и производителям системных плат, и системным интеграторам. Разумеется, достанется и нам, конечным пользователям, которые в итоге оплатят весь этот "праздник" перехода на новые стандарты из своего кошелька.
Отчасти переход на новый тип памяти тормозится технической неготовностью индустрии к выпуску DDR4. Например, чтобы выпускать чипы памяти DDR4 с напряжением питания хотя бы 1,2 В, необходимо сначала толком осилить 30-нм техпроцесс, а ведь в результате получится не самый экономичный чип даже по сравнению с нынешними 1,25 В вариантами DDR3 из-за более высокого энергопотребления на более высоких рабочих частотах. Меньшее напряжение питания транзисторных ядер, и, соответственно, меньшее энергопотребление чипов будут реальны только с освоением примерно 20-нм норм техпроцесса.
Острую необходимость в более производительной памяти сегодня удаётся снизить благодаря расширению спецификаций DDR3 до поддержки режима DDR3-2133, что уменьшает необходимость срочного появления нового поколения памяти. На сегодняшний день предполагается, что модули памяти DDR4 будут представлены в вариантах от DDR4-2133 до DDR4-4266. Собственно стандарт DDR4 в окончательной редакции принят JEDEC в 2012 году. Затем стартовала многолетняя эпопея по постепенному замещению DDR3 на DDR4, которая, по предварительным оценкам, проявит себя всерьёз к 2015 году, и затем ситуация начнёт развиваться по нарастающей.
Версия сайта для слабовидящих