Когда выйдет ddr5 оперативная память
В связи со скорым выходом нового вида DDR5 SDRAM (double-data-rate five synchronous dynamic random access memory) появляется всё больше информации о данном виде оперативной памяти, поэтому посмотрим на всё, что известно о ней на данный момент. Начнём с не самой значительной для многих информацией, но в тоже время достаточно важной.
Заранее остановимся на одном определении, чтобы в дальнейшем понимать о чём идёт речь. Банк памяти (memory bank) — логическая единица хранения, которая применяется в электронике и зависит от используемого оборудования. В компьютерном железе банк памяти может определять контроллером памяти вместе с физической организацией слотов памяти. В типичной синхронной динамической со случайным доступом памяти (SDRAM) или в синхронной динамической со случайным доступом памяти с удвоенной скоростью передачи данных (DDR SDRAM) банк состоит из нескольких строк и столбцов, включающих в себя блоки хранения, которые распределяются по нескольким микросхемам. В одиночной операции чтения или записи доступ осуществляется только к одному банку, поэтому количество битов в столбце или строке для каждого банка и чипа равно ширине шины памяти в битах (одноканал). Размер банка определяется дополнительно количеством битов в столбце и строке в каждом из чипов умноженном на количество чипов в банке.
Также хотелось бы уточнить, что материал достаточно сложный, но это не значит, что он недоступный для всех. Воспринимать стоит следующим образом: если вы понимаете в оперативной памяти чуть больше, чем на уровне одноранга/двуранга, объема памяти, основных напряжений, то можно прочитать статью целиком, в ином случае рекомендуется останавливаться только на интересующих разделах.
История
История SDRAM началась в 1992, и к 2000-му году она вытеснила с рынка практически все иные разновидности DRAM. Индустриальная группа JEDEC стандартизировала интерфейс для SDRAM в 1993, поэтому при использовании памяти от разных производителей проблем обычно не бывает.
Обычная SDRAM может принимать одну команду и передавать одно слово данных за один такт. Со временем JEDEC определила стандарт двойной скорости данных, или DDR. Он всё равно принимает одну команду за цикл, однако записывает или считывает два слова за один такт. Он умеет делать это, передавая одно слово на восходящем фронте тактового сигнала, а другое на нисходящем. На практике это означает, что внутри на одну команду он читает два слова, что позволяет внутреннему таймеру работать медленнее, чем I/O. Так что если тактовая частота I/O будет 200 МГц, то внутренний таймер может работать на 100 МГц, и при этом при передаче данных всё равно будет передаваться по два слова на каждый такт I/O.
Всё это так хорошо работало, что в итоге изобрели стандарт DDR2, реорганизующий память так, чтобы внутри она работала с четырьмя словами, а потом отправляла или принимала по четыре слова сразу. Конечно, тактовая частота не менялась, поэтому увеличивалась задержка. DDR3 вновь удвоил внутренний размер данных, соответственно увеличив и задержку.
DDR4 пошёл по другому пути. Он не удвоил внутреннюю шину памяти, а сделал перемежающийся доступ к внутренним банкам памяти для увеличения пропускной способности. Уменьшение напряжения также позволяет увеличивать тактовую частоту. DDR4 появилась в 2012, хотя критическую массу набрала только в 2015.
Есть ощущение роста пропускной способности памяти? Ну практически. Рост пропускной способности примерно совпадал с ростом количества ядер в процессорах. Так что, хотя чистая пропускная способность и росла, пропускная способность в пересчёте на одно ядро на типичной машине уже довольно давно не менялась. На самом деле, с учётом быстрого роста количества ядер на типичном CPU, средняя её величина падает. Поэтому пришло время для нового стандарта.
И вот у нас есть DDR5, определённый в 2017. Судя по отчётам, пропускная способность у DDR5-3200 SDRAM будет в 1,36 больше, чем DDR4-3200, а может быть, и ещё больше. Также мы слышим о том что размер предварительной выборки снова удвоится, по крайней мере, опционально.
Тип | Пропускная способность | Напряжение | Предварительная выборка | Год |
---|---|---|---|---|
SDR | 1.6 ГБ/с | 3.3 | 1 | 1993 |
DDR | 3.2 ГБ/с | 2.5 | 2 | 2000 |
DDR2 | 8.5 ГБ/с | 1.8 | 4 | 2003 |
DDR3 | 8.5 ГБ/с | 1.8 | 8 | 2007 |
DDR4 | 25.6 ГБ/с | 1.2 | 8 | 2017 |
DDR5 | 32 ГБ/с | 1.1 | 8/16 | 2019 |
Как видно из таблицы, за 26 лет пропускная способность по сравнению с оригинальной памятью SDR выросла в 20 раз. Неплохо. Предварительная выборка 16 слов выглядит особенно интересно, поскольку она позволит чипу заполнять типичный кэш ПК за один раз.
Есть и другие преимущества. К примеру, если вы когда-нибудь пробовали связать SDRAM с собственной схемой или FPGA, вам понравится режим контура обратной связи [loopback mode]. Если вы очень любите большие объёмы памяти, то максимальным объёмом памяти теперь будет 64 ГБ.
Кстати, есть ещё спецификация LP-DDR5 для варианта памяти с низким энергопотреблением для таких устройств, как смартфоны. Эту спецификацию выпустили в прошлом году, и пока мы не видим большой гонки производства подобных продуктов. LP-DDR4 позволяла выбрать из двух вариантов частоты, чтобы можно было жертвовать скоростью ради энергопотребления. У LP-DDR5 есть три разных варианта настройки. А есть ещё стандарты GDDR – уже до GDDR6 – для обработки графики и других высокоскоростных приложений. В перспективе, LP-DDR5 сможет работать с пропускной способностью в 6,4 Гб/с на бит I/O, а GGDR6 может похвастаться сотнями ГБ/с в зависимости от ширины слова.
Основы SDRAM
В целом для системы, требующей RAM, есть два основных конкурирующих варианта: статическая и динамическая память. Существуют и новые технологии, например, FeRAM и MRAM, однако классический выбор стоит между статической и динамической. Статическая RAM – это куча переключателей, по одному на бит. Настроили и забыли. А потом прочитали. А ещё она может работать очень быстро. Проблема в том, что на такой переключатель уходит обычно не менее четырёх транзисторов, а часто и шесть, поэтому в определённую область их можно запихнуть ограниченное количество. Энергопотребление часто оказывается тоже слишком высоким, хотя современные устройства могут неплохо справляться с этим.
Так что пока статическая память популярна у одноплатных компьютеров и небольших устройств, ПК или сервер не сможет разместить гигабайты статической памяти. Динамическая память использует для хранения каждого бита маленький конденсатор. Для соединения конденсатора с общей шиной всё равно нужен транзистор, но упаковать их можно плотненько. К сожалению, тут есть большая проблема: конденсаторы довольно быстро разряжаются. Нужно разработать некий способ периодического обновления памяти, или же она будет забывать. К примеру, типичный модуль DDR4 нужно обновлять каждые 64 мс.
Реальные устройства используют строки и столбцы конденсаторов для максимизации пространства и возможности обновления целого ряда за раз. Это означает, что устройство из 4096 рядов нужно обновлять каждые 15,6 мс, чтобы каждый ряд сохранял свои данные. Само обновление занимает всего несколько наносекунд.
В типичном массиве есть шина для строк и столбцов. Конденсатор соединяется с FET, который может подключать и отключать его от шины столбца. Вентиль FET соединён с шиной строки. Сигнал строки выбирает всю строку FET. У длинной шины столбцов есть своя ёмкость и сопротивление, поэтому на стабилизацию сигнала уходит какое-то время предзаряда, после чего мультиплексор считывает бит с нужного столбца. Запись проходит в обратном порядке. Если хотите, можете поиграться с симулятором памяти в браузере.
Так работает динамическая память, или DRAM. Что насчёт SDRAM? SDRAM — это динамическая память с синхронным интерфейсом с контроллером памяти. Контроллер позволяет вам собирать несколько команд сразу и обрабатывает всю логику работы со строками и столбцами, и даже умеет автоматически делать обновление памяти. Контроллер буферизует как команды, так и данные, что увеличивает пропускную способность по сравнению с многими другими технологиями.
И что теперь?
Если только у вас не загруженный сервер или что-то ещё, полностью загружающее все ядра вашего CPU, вы не почувствуете особой разницы между DDR4 и DDR5. Но, опять-таки, кто же не любит хороших результатов в тестах на скорость?
Кроме того, с точки зрения типичной рабочей станции, главный фокус состоит в том, чтобы иметь достаточно RAM, чтобы не слишком часто обращаться к диску. Особенно если у вас стоит диск с вращающимися пластинами, печально известными малой скоростью работы. Время на запись и чтение RAM оказывается не таким уж и существенным фактором в реальной работе. С твердотельными дисками ситуация уже не такая плохая, как раньше, однако пропускная способность типичного твердотельного диска лишь немногим больше, чем у DDR3, хотя на горизонте уже маячат более быстрые диски. Так что, если только вы не занимаетесь очень интенсивной нагрузкой множества ядер, вам лучше иметь 32 ГБ DDR3, чем 4 ГБ DDR5, поскольку больший объём памяти сэкономит вам время на более медленных операциях.
Согласно последнему отчету Yole Developments, внедрение новой памяти DDR5 будет происходить, по меркам сегмента, практически молниеносно. Аналитики компании считают, что уже к 2023 году сумма поставки модулей памяти нового поколения превысят $200 млрд, а к 2026 году новая память займет 90% мирового компьютерного и серверного рынка, вытеснив актуальный сейчас стандарт DDR4.
Такой взрывной рост DDR5 связывают с несколькими аспектами.
Первое — почти все основные производители памяти закончили разработку своих продуктов и уже представили модули широкой общественности. Некоторые из них уже запустили производство и в скором времени начнется активная отгрузка памяти DDR5 всем желающим.
Второе — доминирующее положение DDR5 относительно DDR4. Согласно спецификациям, которые были разработаны ассоциацией твердотельных технологий JEDEC, стартовая частота новой памяти составляет 4800 Mhz — сейчас это верхнее значение для DDR4. В перспективе нормальной рабочей частотой модуля на широком старте технологии DDR5 будет 5500-6500 Mhz, вплоть до 8400 Mhz в стоке.
Повсеместное внедрение DDR5 начнется после выпуска производителями соответствующих материнских плат и процессоров, которые будут способны работать с новым стандартом оборудования.
Спецификации JEDEC были опубликованы чуть менее, чем год назад — 14 июля 2020 года. Согласно тогдашнему анонсу JEDEC, спецификация DDR5, по сравнению с DDR4, поддерживает вдвое больший реальный канал, вплоть до 6,4 Гбит/c у DDR5 против имеющихся 3,2 Гбит/c у DDR4.
В новой памяти все так же будет 288 пинов, то есть в это плане DDR5 является преемником стандарта DDR4, но сама распиновка по модулю будет другой.
Основным же потребителем новой памяти в ближайшие годы считается серверный сегмент, в первую очередь — дата-центры. Именно по этой причине в разработке стандарта, материнских плат и самой памяти активно участвовала компания Intel, которая уже много лет занимает доминирующее положение на рынке серверных процессоров.
Но только серверным сегментом все не ограничится. Скорее всего, массовый старт DDR5 произойдет в рамках одного года как в бизнес, так и в потребительском сегменте. Еще при выходе последних пользовательских процессоров Ryzen 5ххх, представители AMD заявляли, что следующая линейка процессоров Ryzen 6xxx под кодовым названием «Rembrandt» на 6 нм архитектуре Zen 3 Refresh выйдет с поддержкой памяти DDR5. В крайнем случае, это произойдет чуть позже, после выхода архитектуры Zen 4.
Учитывая то, что как минимум в России процессоры Ryzen последний год стабильно доминируют в топах продаж (первые 4 из 5 строчек на Яндекс.Маркете по популярности почти всегда заняты процессорами AMD), можно ожидать и массового перехода пользователей как на Ryzen 6xxx, так и на новую память.
Особенно актуален этот прогноз в свете текущего кризиса полупроводниковой продукции и компьютерных комплектующих, из-за которого многие пользователи отложили апгрейд платформы до лучших времен и пропустили актуальные сейчас поколения процессоров и видеокарт. Выход новых процессоров AMD планируется в конце 2021 или начале 2022 года.
Intel тоже не собирается сдавать позиции. Ранее планировалось, что процессоры «синих» с поддержкой DDR5 появятся на рынке в 2021 году вместе с семейством Tiger Lake-H, однако релиз был перенесен на год: первые камни, способные работать с DDR5, будут выпущены на архитектуре Alder Lake в 2022 году.
Важны и объемы новых модулей. Минимальный размер планки нового стандарта — 16 Gb, что должно удовлетворить спрос на все больший и больший объем памяти не только в серверном, но и пользовательском сегменте. Сейчас именно 16 Gb является приемлемым минимумом для домашних станций или мощных ноутбуков. Максимальный объем планки памяти DDR5 согласно спецификации JEDEC, будет составлять 256 Gb.
Апгрейд серверной инфраструктуры — процесс не самый быстрый. Однако на фоне роста потребности в мощностях дата-центров и развития облачных технологий, прогноз аналитиков Yole Developments может оказаться правдивым. Считается, что рынок ЦОДов сейчас находится на пике своего развития. Главная тройка игроков этого рынка в лице Amazon, Google и Microsoft активно вкладывает деньги в развитие своих облачных технологий, не отстают от них и частные дата-центры, которые предоставляют бизнесу услуги хостинга.
В 2021 году наметился и новый тренд — дата-центры от компании Nvidia для осуществления облачных вычислений. Согласно плану Nvidia, их центры обработки данных будут включать графические процессоры, блоки обработки данных (DPU) и процессоры, причем каждая линейка продуктов будет получать обновленную архитектуру каждые два года. На рынке наблюдается рост популярности новых процессоров и уход от старых «лошадок» Intel к новому оборудованию, в том числе и появление доли рынка у новых AMD EPYC. Всему этому хозяйству потребуется новая быстрая память.
Именно это и обеспечит рост рынка DDR5 и быстро приведет его к доминирующему положению в ближайшие три-пять лет.
На правах рекламы
Наша компания предлагает серверы в аренду с современными процессорами от Intel и AMD под самые разнообразные задачи. Максимальная конфигурация — 128 ядер CPU, 512 ГБ RAM, 4000 ГБ NVMe. Создайте свой собственный тариф самостоятельно в пару кликов!
Аналитики компании TrendForce объявили 2021-й годом официального начала эры DDR5. По итогам третьего квартала 2020 года память DDR4 захватила более 90 % на рынках ПК и серверов. Но пройдёт ещё несколько месяцев, и память DDR5 начнёт активно прокладывать себе дорогу на рынок, хотя в персональные компьютеры и серверы она массово попадёт только в 2022 году.
Ранее Intel планировала в 2021 году обеспечить поддержку памяти DDR5 процессорами Tiger Lake-H. Но позже эти планы были пересмотрены, поскольку производство DDR5 находится на ранних стадиях и обходится дороже. Тем самым выход ПК-платформы Intel с поддержкой DDR5 состоится только в 2022 году в лице процессоров поколения Alder Lake.
Доля памяти DDR4 на рынках ПК, серверном и в потребительском. Источник изображения: TrendForce
Конкурент Intel, компания AMD, чья доля на рынке процессоров для ПК достигает 20 %, поступит аналогичным образом. Первые 5-нм процессоры AMD с поддержкой DDR5 выйдут только в 2022 году. Тем самым в 2021 году память DDR5 для ПК будет расходоваться в основном для проектно-конструкторских работ и тестирования. В текущем году, кстати, ограниченные партии DDR5 также используются для подобных целей.
С серверными платформами похожая история, но динамика будет совсем другой. Производители серверов готовы покупать более дорогую память (DDR5), если она обещает снизить стоимость владения/расчётов. Поэтому, хотя в серверном сегменте память DDR5 массово начнёт распространяться тоже только в 2022 году, там она быстрее, чем в сегменте ПК наберёт поклонников и долю (прогнозируемую аналитиками TrendForce динамику см. в таблице ниже).
Ожидаемая динамика распространения «новых» типов памяти. Источник изображения: TrendForce
Говоря о серверных платформах Intel, аналитики делают ставку на то, что поддержка DDR5 появится в платформе Intel Eagle Stream, которая в мелкосерийных объёмах появится осенью следующего года. В серверных платформах AMD поддержка DDR5, вероятно, появится в процессорах поколения AMD Genoa, что также означает массовое появление серверных решений AMD с поддержкой нового стандарта памяти только в 2023 году. Но если вдруг AMD наделит поддержкой памяти DDR5 будущие модификации 7-нм процессоров поколения Milan, то она сможет выступить с новой памятью наравне или даже раньше Intel.
На рынке мобильных устройств у памяти нового поколения в лице LPDDR5 больше шансов и лучшие условия, чем у DDR5 на компьютерном рынке, за что надо благодарить массовые смартфонные платформы компаний Qualcomm и MediaTek. Вместе они удерживают до 70 % на мировом рынке смартфонов. Компания Qualcomm уже выпускает SoC с поддержкой LPDDR5 и будет расширять поддержку новой памяти. Однокристальные сборки MediaTek с поддержкой LPDDR5 ожидаются в первой половине следующего года.
Большему проникновению LPDDR5 на рынок будет способствовать сокращение разницы в стоимости с памятью LPDDR4X. Сейчас эта разница составляет менее 10 %. По мере сокращения разрыва скорость проникновения LPDDR5 по сравнению с DDR5 станет более высокой и заметной.
Память GD DR6 тоже относится к новому типу памяти, хотя это далеко не новинка. Чипами GDDR6 компания NVIDIA оснащает видеокарты уже второй год, начиная с адаптеров GTX и RTX на базе архитектуры Turing. На нынешнем этапе основной конфигурацией адаптеров NVIDIA на GPU Ampere выступает улучшенная память GDDR6X. Поскольку компании NVIDIA принадлежит 75 % рынка видеокарт, память GDDR6(X) в основном распространяется усилиями этого вендора.
Компания AMD наделяет памятью GDDR6 видеокарты на GPU Navi, что происходит с 2019 года. Новое семейство видеокарт AMD «Big Navi» стандартно опирается на GDDR6. Более того, в пересчёте на адаптер видеокарты семейства «Big Navi» предложат больше памяти GDDR6 и значительно ускорят её распространение. Высокая потребность и объёмы производства GDDR6 также снижают разницу в стоимости между ней и GDDR5, что только идёт на пользу первой. Сейчас эта разница на уровне 10 %, а в отдельных случаях её может даже не быть.
Чуть позже в текущем году на сцену выйдут новые игровые приставки Microsoft Xbox Series X и Sony PS5. Вместо памяти GDDR5 они будут опираться на GDDR6, но также вдвое увеличат объём бортовой памяти. Определённо, это добавит памяти GDDR6 популярности и увеличит долю этого продукта на рынке.
Слухи говорили о том, что платформа Alder Lake окажется переходной в плане памяти, то есть обеспечит поддержку и DDR4, и DDR5, однако со следующего поколения потребительские платформы Intel для настольных ПК будут рассчитаны исключительно на DDR5. Но, по новым данным, в следующем поколении процессоров Intel ничего не изменится — Intel Core 13 будут поддерживать и DDR4, и DDR5, прямо как нынешние Alder Lake.
О чём это говорит? Во-первых, это ещё одно свидетельство того, что Raptor Lake сохранят текущий сокет LGA1700 и будут совместимы со всеми чипсетами для Alder Lake — нынешним Z690, а также будущими H670, B660 и G610. Во-вторых, Raptor Lake будут уже далеко не такими революционными, как Alder Lake. По сути, предложив вдвое большее количество малых ядер (Gracemont или E-cores), они станут лишь обновлением нынешней платформы Core 12 и не более того.
Raptor Lake will support DDR4. Some people might say "duh", but I have seen a conspiracy theory going around that Intel would obsolete DDR4 mobos when Raptor Lake launches. No, they won't. Rest easy DDR4 Alder Lake buyers .
— Moore's Law Is Dead (@mooreslawisdead) November 8, 2021
Получается, что даже сейчас покупка DDR4 вместо намного более дорогой DDR5 не лишена смысла, ведь эту память можно будет использовать и со следующей платформой Intel, которая, как ожидается, дебютирует в конце 2022 года.
Данными о том, что в Raptor Lake сохранится поддержка памяти DDR4, поделился аналитик, известный в Twitter под ником Moor's Law Is Dead. Это хорошо информированный в делах индустрии человек. К примеру, еще в июне он предсказал выпуск шести процессоров Alder Lake (линеек K и KF) в этом году вместе с чипсетом Intel Z690, а также правильно указал стоимость Radeon RX 6700 XT до ее официальной премьеры.
Габаритные размеры
Начнём с габаритных разъёмов. Есть ли какие-либо изменения со стороны самого разъёма?
По данным размерам можно сказать лишь то, что это копия разъёма DDR4 без каких-либо изменений: те же 142 мм в длину, 21.3 мм в высоту и 6.5 мм в ширину.
Теперь посмотрим на саму оперативную память. В длину она имеет размеры 133.35 мм с допуском в 0.15 мм. Для дальнейшего пояснения необходимо понимать, что значит данный допуск. Размер оперативной памяти в длину 133.35 мм с учётом допуска размер может быть как 133.5 мм, так и 133.2 мм. Кроме этого допуски есть на высоту при размере 31.25 мм, допуск +0.55 мм и 0.15 мм. Ширина равна 1.27 с допуском в 0.10 мм. По длине контактов допуска нет они строго равны 62.90 мм и 57.80 мм. Также нет допуска у своеобразного перехода на линии контактов 0.50 мм.
Хорошо, размеры в целом ясны. Но что это значит для конечного пользователя "в сравнении с DDR4"? Длина, высота, толщина с учётом допусков абсолютно идентична DDR4, а вот с контактами история несколько иная. На DDR4 размеры слева направо равны 64.6 и 56.10, а у DDR5 - 62.90 и 57.80. В итоге разница порядка 1.5 мм в меньшую сторону и 1.7 мм в большую сторону. С учётом нахождения ключа между контактами на оперативной памяти нас ждёт в целом 1 в 1 по размеру память, что и DDR4. Если с переходом от DDR3 к DDR4 мы бы не смогли поставить одну память вместо другой, то теперь некоторые особо упорные пользователи смогут. Для того, кто привык подбирать память по разъему, будет достаточно критично, а для незнающих людей может стать некоторой проблемой.
Хорошо, а почему размеры первой и второй групп контактов изменились? Если быть конкретнее, то их положение. На самом деле это произошло не просто так.
В январе 2020 на выставке CES представили память с максимальной скоростью DDR5 от SK Hynix. По слухам, Micron и другие производители тестируют похожие устройства. Пока их нельзя достать по обычным каналам, однако поскольку и материнских плат для них ещё нет, это не проблема. Насколько мы знаем, среди первых плат, которые смогут воспользоваться преимуществами новой технологии, будет Xeon Sapphire Rapids от Intel. Однако возникает вопрос: что это за технология?
Читайте также: