DDR4 SDRAM

DDR4 SDRAM (англ. double-data-rate four synchronous dynamic random access memory) — четвёртое поколение оперативной памяти, являющееся эволюционным развитием предыдущих поколений DDR SDRAM. Отличается повышенными частотными характеристиками и пониженным напряжением питания.

Основное отличие DDR4 от предыдущего стандарта DDR3 заключается в удвоенном до 16 числе внутренних банков (в 2 группах банков^[1]), что позволило увеличить скорость передачи внешней шины. Пропускная способность памяти DDR4 в перспективе может достигать 25,6 ГБ/c (в случае повышения максимальной эффективной частоты до 3200 МГц). Кроме того, повышена надёжность работы за счёт введения механизма контроля чётности на шинах адреса и команд. Изначально стандарт DDR4 определял частоты от 1600 до 2400 МГц^[2] с перспективой роста до 3200 МГц^[3][4].

В массовое производство вышла во 2 квартале 2014 года, сперва только ECC-память,^[5] а в следующем квартале начались продажи и не-ECC модулей DDR4, вместе с процессорами Intel Haswell-E/Haswell-EP, требующими DDR4.^[6]

Разработка

Модуль памяти DDR4

Ранние работы по проектированию следующего за DDR3 стандарта оперативной памяти начались в JEDEC около 2005 года,^[7] примерно за два года до запуска DDR3 в 2007.^[8][9] Основы архитектуры DDR4 планировалось согласовать в 2008 году.^[10]

JEDEC представила информацию о DDR4 в 2010 году на конференции MemCon в Токио^[11]. Судя по слайдам «Time to rethink DDR4»^[12], новинка должна иметь и повышенную эффективную частоту (от 2 133 до 4 266 МГц), и пониженное напряжение (от 1,3 до 1,1 В) по сравнению с предыдущими стандартами, предполагаемый техпроцесс — 32 и 36 нм. Массовое производство намечалось на 2015 год, а первые образцы для создания контроллеров памяти и совместимых платформ — на 2011 год^[13][14][15].

В январе 2011 года компания Samsung представила модуль DDR4. Техпроцесс составил 30 нм, объём памяти — 2 ГБ, а напряжение — 1,2 В^{[16][16][17][18]}. Позднее Hynix представила свой первый модуль DDR4, который превзошёл модуль Samsung по частоте (2400 МГц вместо 2133). Hynix заявила о 80-процентном увеличении производительности памяти по сравнению с DDR3-1333.

В сентябре 2012 года JEDEC опубликовала финальный вариант спецификации DDR4^[19][20]. Последняя ревизия стандарта DDR4 была принята в ноябре 2013 года, стандарт на LPDDR4 — в августе 2014 года^[21][22].

По оценке компании Intel от апреля 2013 года, уже в 2014 году DDR4 могла бы стать основным типом памяти DRAM, и в 2015 году практически полностью вытеснить использовавшуюся ранее DDR3. По данным Intel, DDR4 потребляет на 35 % меньше энергии, чем DDR3L, а по пропускной способности превосходит память предыдущего поколения на 50 %^[23]. Однако внедрение DDR4 началось позднее^[24], и эта память займет большую часть рынка не ранее 2016 года.^[25] В 2017 году продажи памяти DDR4 превзошли модули стандарта DDR3^[26].

Характеристики

Пропускная способность

Для расчёта максимальной пропускной способности памяти DDR4 необходимо её эффективную частоту умножить на 8 байт (64 бита), то есть на размер данных, который может быть передан за 1 такт работы памяти. Таким образом:

• Для памяти с эффективной частотой 2133 МГц максимальная пропускная способность составит 2133 × 8 = 17 064 МБ/c^[27]
• Для памяти с эффективной частотой 3200 МГц (наибольшая частота, изначально определённая стандартом) максимальная пропускная способность составит 3200 × 8 = 25 600 МБ/c^[27]

Нужно учитывать, что из-за временны́х ограничений по взаимодействию с микросхемами памяти, в частности для периодической операции обновления содержимого^[англ.] (регенерации), реальная пропускная способность на 5—10 % меньше, чем рассчитанная выше.

Современные материнские платы поддерживают многоканальные режимы работы памяти. Таким образом, итоговая эффективная пропускная способность памяти системы будет равняться пропускной способности DDR4, умноженной на количество используемых каналов.

Изначально предполагалось, что для работы DDR4 на максимальных частотах (3200 МГц)^[2] потребуется использование лишь одного модуля памяти DDR4 на канал передачи данных (прямое подключение напрямую к контроллеру с топологией точка-точка^{[28][29][30][31]}). При работе на меньших частотах, например 1866 и 2133 МГц, контроллеры памяти некоторых процессоров, в частности, Skylake (2015), могут использовать до 2 модулей памяти на канал^[32][33]. Для серверных систем используются модули RDIMM DDR4^[34] и ожидается появление модулей LRDIMM DDR4, использующих буферные микросхемы вблизи контактов модуля. Такая память сможет устанавливаться в количестве до 3 модулей на канал, при использовании совместимых платформ.^[35].

Спецификации стандартов

Стандартное название	Частота памяти, МГц	Частота шины, МГц	Эффективная (удвоенная) скорость, млн передач/с	Название модуля	Пропускная способность, МБ/с	Тайминги CL-tRCD-tRP	Время цикла, нс
DDR4-1600J* DDR4-1600K DDR4-1600L	200	800	1600	PC4-12800	12 800	10-10-10 11-11-11 12-12-12	12,5 13,75 15
DDR4-1866L* DDR4-1866M DDR4-1866N	233,33	933,33	1866,67	PC4-14900	14 933,33	12-12-12 13-13-13 14-14-14	12,857 13,929 15
DDR4-2133N* DDR4-2133P DDR4-2133R	266,67	1066,67	2133,33	PC4-17000	17 066,67	14-14-14 15-15-15 16-16-16	13,125 14,063 15
DDR4-2400P* DDR4-2400R DDR4-2400T DDR4-2400U	300	1200	2400	PC4-19200	19 200	15-15-15 16-16-16 17-17-17 18-18-18	12,5 13,32 14,16 15
DDR4-2666T DDR4-2666U DDR4-2666V DDR4-2666W	333,33	1333	2666	PC4-21300	21 333	17-17-17 18-18-18 19-19-19 20-20-20	12,75 13,50 14,25 15
DDR4-2933V DDR4-2933W DDR4-2933Y DDR4-2933AA	366,6	1466,5	2933	PC4-23466	23 466	19-19-19 20-20-20 21-21-21 22-22-22	12,96 13,64 14,32 15
DDR4-3200W DDR4-3200AA DDR4-3200AC	400	1600	3200	PC4-25600	25 600	20-20-20 22-22-22 24-24-24	12,50 13,75 15
DDR5 -			4800 — 8400

В сентябре 2014 года были продемонстрированы модули памяти с частотой 3333 МГц (и максимальной пропускной способностью 26 664 МБ/c), что превзошло частоту, изначально определённую стандартом^[36][37].

В ноябре 2015 года были продемонстрированы модули памяти с частотой 4133 МГц^[38].

Объём модулей

Объём кристалла DDR4 составляет от 2 до 16 Гбит, организация модулей памяти — ×4, ×8 или ×16 банков^[39]. Минимальный объём одного модуля DDR4 составляет 4 ГБ^{[нет в источнике]}, максимальный — 128 ГБ (кристаллы по 8 Гбит, упаковка 4 кристаллов в чип)^[28]. Не исключается производство модулей объёмом в 512 ГБ на базе кристаллов 16 Гбит и упаковке 8 кристаллов в чип.

Размеры модулей

DDR4 имеет 288-контактные DIMM-модули, схожие по внешнему виду с 240-контактными DIMM DDR-2/DDR-3. Контакты расположены плотнее (0,85 мм вместо 1,0), чтобы разместить их на стандартном 5¼-дюймовом (133,35 мм) слоте DIMM. Высота увеличивается незначительно (31,25 мм вместо 30,35).

DDR4 модули SO-DIMM имеют 260 контактов^[40] (а не 240), которые расположены ближе друг к другу (0,5 мм, а не 0,6). Модуль стал на 1,0 мм шире (68,6 мм вместо 67,6), но сохранил ту же высоту — 30 мм.

Прочее

Отраслевой стандарт оперативной памяти DDR4, описанный в DDR4 SDRAM STANDARD JEDEC JESD79-4, не содержит каких-либо сведений о наличии функций аппаратного шифрования информации^[21].

Модули памяти с б/у чипами

В 2023 году на рынке появились модули DDR4, сделанные из чипов, снятых с б/у серверной памяти, которые продаются под видом новых. Аналитики TrendForce заявили что речь идёт не о единичных случаях, а о массовом явлении. Так, небольшие фирмы за бесценок скупают старые модули DDR4 у дата-центров, переходящих на DDR5, разбирают их на чипы и используют такие чипы для выпуска «новых» потребительских планок DDR4. Сообщается, что «пересобранные» модули имеют скорость DDR4-3200 и основываются на чипах SK Hynix и Samsung, однако отличить их от новых практически невозможно. Чипы памяти имеют длительный жизненный цикл, поэтому модули на «старых» чипах не демонстрируют меньшую надёжность. Практика с выпуском модулей DDR4 на б/у чипах, вероятно, сохранится^[41][42].

См. также

• DDR5 SDRAM

Примечания

1. Graham Allan. DDR4 Bank Groups | Interface IP | DesignWare IP | Synopsys (англ.). www.synopsys.com. Дата обращения: 29 июля 2024. Архивировано 29 июля 2024 года.
2. DDR4 In A Nutshell, Misconceptions, Cool Features, and DDR5 (англ.). www.synopsys.com (27 сентября 2012). Архивировано из оригинала 22 декабря 2015 года.
3. Vättö, Kristian JEDEC Reveals Key Aspects of DDR4  (неопр.). www.anandtech.com (23 августа 2011). Дата обращения: 29 июля 2024. Архивировано 15 сентября 2015 года.
4. Следует учесть, что эффективная частота отличается от частоты тактирования шины. Под эффективной частотой понимается защелкивание данных по переднему и заднему фронтам. В связи с этим, реальная тактовая частота работы шины памяти в два раза меньше относительно эффективной частоты, см илл. Figure 4 Архивная копия от 21 мая 2015 на Wayback Machine из статьи Архивная копия от 10 июня 2013 на Wayback Machine
5. Crucial DDR4 Server Memory Now Available  (неопр.). globenewswire.com (2 июня 2014). Дата обращения: 12 декабря 2014. Архивировано из оригинала 6 марта 2016 года.
6. How Intel Plans to Transition Between DDR3 and DDR4 for the Mainstream  (неопр.). TechPowerUp. Дата обращения: 28 апреля 2015. Архивировано 12 августа 2015 года.
7. Sobolev, Vyacheslav JEDEC: Memory standards on the way  (неопр.). digitimes.com (31 мая 2005). — «Initial investigations have already started on memory technology beyond DDR3. JEDEC always has about three generations of memory in various stages of the standardization process: current generation, next generation, and future.». Дата обращения: 28 апреля 2011. Архивировано из оригинала 3 декабря 2013 года.
8. DDR3: Frequently asked questions  (неопр.). Kingston Technology. — «"DDR3 memory launched in June 2007"». Дата обращения: 28 апреля 2011. Архивировано из оригинала 28 июля 2011 года.
9. Valich, Theo (2007-05-02). "DDR3 launch set for May 9th". The Inquirer. Архивировано 5 февраля 2010. Дата обращения: 28 апреля 2011.
10. Hammerschmidt, Christoph Non-volatile memory is the secret star at JEDEC meeting  (неопр.). eetimes.com (29 августа 2007). Дата обращения: 28 апреля 2011. Архивировано из оригинала 2 октября 2012 года.
11. Константин Ходаковский. JEDEC готовит спецификации оперативной памяти DDR4-SDRAM  (рус.). www.3dnews.ru (19 августа 2010). Архивировано из оригинала 20 февраля 2016 года.
12. Gervasi, Bill Time to rethink DDR4  (неопр.). July 2010. Discobolus Designs. Дата обращения: 29 апреля 2011. Архивировано 14 августа 2011 года.
13. JEDEC готовит спецификации оперативной памяти DDR4-SDRAM  (неопр.). 3DNews (19 августа 2010). Дата обращения: 29 августа 2010. Архивировано 6 января 2011 года.
14. Nilsson, Lars-Göran DDR4 not expected until 2015  (неопр.). semiaccurate.com (16 августа 2010). Дата обращения: 29 апреля 2011. Архивировано 20 мая 2011 года.
15. By Annihilator DDR4 memory in works, will reach 4.266GHz  (неопр.). wccftech.com (18 августа 2010). Дата обращения: 29 апреля 2011. Архивировано 23 августа 2010 года.
16. Samsung показала готовый DRAM-модуль памяти DDR4  (неопр.). 3DNews (4 января 2011). Дата обращения: 5 марта 2011. Архивировано 1 марта 2011 года.
17. Компания Samsung начинает поставки памяти типа DDR4  (неопр.). Дата обращения: 5 января 2011. Архивировано 8 января 2011 года.
18. Vlad Savov. Samsung develops DDR4 memory with up to 40 percent better energy efficiency than DDR3 (амер. англ.). Engadget (4 января 2011). Дата обращения: 29 июля 2024. Архивировано 7 января 2011 года.
19. JEDEC Announces Publication of DDR4 Standard  (неопр.). Дата обращения: 4 декабря 2012. Архивировано 27 ноября 2012 года.
20. Организация JEDEC опубликовала спецификации DDR4  (рус.). iXBT.com (25 сентября 2012). Дата обращения: 29 июля 2024. Архивировано 8 июня 2023 года.
21. JEDEC. JEDEC DDR4 SDRAM STANDARD (JESD79-4A)  (неопр.) (ноябрь 2013). Дата обращения: 4 ноября 2014. Архивировано 3 ноября 2014 года.
22. JEDEC утвердила стандарт DDR4 для ноутбуков  (рус.). www.ferra.ru (27 августа 2014). Архивировано из оригинала 27 сентября 2015 года.
23. Intel отводит памяти DDR3 один год  (рус.). iXBT.com (13 апреля 2013). Дата обращения: 29 июля 2024. Архивировано 29 июля 2024 года.
24. Shah, Agam Adoption of DDR4 memory faces delays  (неопр.). IDG News (12 апреля 2013). Дата обращения: 22 апреля 2013. Архивировано 9 мая 2013 года.
25. Agam Shah. Adoption of DDR4 memory faces delays (англ.). www.techhive.com (12 апреля 2013). Архивировано из оригинала 11 января 2015 года.
26. "DDR4 станет основным типом оперативной памяти в текущем году". IC Insight, 3dnews. 2017-04-17. Архивировано 1 декабря 2017. Дата обращения: 21 ноября 2017.
27. Scott Mueller. Upgrading and Repairing PCs: Upgrading and Repairing_c21 (англ.). — Que Publishing, 2013-03-07. — P. 345. — 1126 p. — ISBN 978-0-13-310536-0. Архивировано 4 марта 2016 года.
28. Олег Коленченко. Начало новой эпохи. Как работает оперативная память стандарта DDR4  (рус.). Ferra.ru (31 августа 2014). Дата обращения: 22 августа 2023. Архивировано 9 октября 2023 года.
29. Память DDR4: время ли разбрасывать камни? / Процессоры и память  (неопр.). Дата обращения: 29 августа 2010. Архивировано 31 августа 2010 года.
30. http://www.eda.org/ibis/summits/nov12b/pytel2.pdf Архивная копия от 27 сентября 2015 на Wayback Machine «DDR4 architecture is point to point • One controller to 1 DIMM»
31. http://www.extremetech.com/computing/158824-haswell-e-to-offer-ddr4-support-up-to-eight-cores-in-2014 Архивная копия от 24 сентября 2015 на Wayback Machine «Where DDR3 used a multi-drop bus that allowed multiple DIMMs to sit on the same memory channel, DDR4 virtually requires the use of a point-to-point bus with a maximum of one DIMM per RAM channel.»
32. http://ark.intel.com/ru/products/90591 Архивная копия от 27 января 2016 на Wayback Machine «Кол-во модулей DIMM на канал 2»
33. http://www.intel.com/content/www/us/en/processors/core/desktop-6th-gen-core-family-datasheet-vol-1.html Архивная копия от 24 сентября 2015 на Wayback Machine «Table 2-1. Processor DRAM Support Matrix — DIMM Per Channel DPC 2»
34. Архивированная копия  (неопр.). Дата обращения: 27 сентября 2015. Архивировано 4 марта 2016 года.
35. LRDIMM vs RDIMM: Signal integrity, capacity, bandwidth | EDN  (неопр.). Дата обращения: 19 сентября 2015. Архивировано 29 сентября 2015 года.
36. Сергей Карасёв. G.Skill выпустила «самую быструю в мире» память DDR4  (рус.). 3DNews (4 сентября 2014). Дата обращения: 22 августа 2023. Архивировано 22 августа 2023 года.
37. Accent. Производитель называет модули G.Skill Ripjaws 4 DDR4-3333 самыми быстрыми в мире модулями памяти DDR4  (рус.). iXBT.com (4 сентября 2014). Дата обращения: 22 августа 2023. Архивировано 22 августа 2023 года.
38. Accent. Семейство G.Skill Trident Z пополнили наборы модулей памяти DDR4-4133 объемом 16 ГБ  (рус.). iXBT.com (22 ноября 2015). Дата обращения: 10 октября 2023. Архивировано 11 октября 2023 года.
39. JESD79-4 — JEDEC STANDARD DDR4 SDRAM SEPTEMBER 2012  (неопр.). Дата обращения: 19 сентября 2015. Архивировано из оригинала 4 марта 2016 года.
40. http://www.jedec.org/standards-documents/results/ddr4 Архивная копия от 24 сентября 2014 на Wayback Machine — 260-Pin, 1.2 V (VDD), PC4-1600/PC4-1866/PC4-2133/PC4-2400/PC4-2666/PC4-3200 DDR4 SDRAM SO-DIMM Design Specification Release Number: 24, Item 2228.07B MODULE4_20_25 Aug 2014
41. Jeremy Laird. Skanky old DDR4 server chips reportedly sold in new RAM kits but really don't panic  (рус.). PC Gamer (2 августа 2023). Дата обращения: 9 августа 2023. Архивировано 10 августа 2023 года.
42. Павел Котов. На рынок хлынули модули памяти DDR4 для ПК на чипах, снятых с бывших в употреблении серверных планок  (рус.). 3DNews (3 августа 2023). Дата обращения: 9 августа 2023. Архивировано 10 августа 2023 года.

Ссылки

• Стандарт памяти DDR4 на сайте Kingston (сентябрь 2014)
• Зачем переходить на DDR4?, Блог компании Intel на блог-платформе Habrahabr.ru, 20 декабря 2013
• «DDR4 — Advantages of Migrating from DDR3», Micron, 2012 (англ.)