Память DDR2-533 от Kingston Technology: первый взгляд и немного о перспективах

Инновации в компьютерной индустрии порой приживаются с огромным трудом. Как только на рынке появляется новинка, пользователь самым критичным образом пытается оценить смысл приобретения такого новшества, подсчитать выгоду от такой покупки. Разработчики и производители новшеств, в свою очередь, норовят вскружить голову потенциальному потребителю открывающимися радужными перспективами, не забывая при этом снимать с первых продаж самую обильную прибыль - в качестве своеобразной "входной платы" с самых нетерпеливых и любопытных. Лишь по прошествии какого-то времени наступает (или не наступает) время обратить внимание на нововведение, уже "обкатанное" первопроходцами со всех сторон, да и цены к тому времени понемногу принимают вразумительный вид. Следующий этап, как правило, ведет к появлению платформ, полной несовместимых с предыдущим поколением  "железа", и у пользователя практически не остается выбора.

Все вышесказанное всецело относится не только к модулям памяти, о которых сегодня разговор, но также ко многим другим компонентам современных компьютеров. Впрочем, для памяти все эти утверждения относятся в наибольшей степени. Пожалуй, скачки цен на память можно сравнить только с биржевыми рейтингами цен на нефть, ибо столь динамично не изменяется цена ни на один тип комплектующих для ПК. Тем более трудно вводить какой-либо новый стандарт на уже более-менее устоявшийся рынок. Так было во время появления памяти стандарта DDR, помните, как долго и упорно сопротивлялась SDRAM? Впрочем, до этого не менее упорно "сопротивлялись" модули SIMM. Теперь пришла череда стандарта DDR2, и не мытьем так катаньем он все равно со временем займет нынешнее место DDR1. Другое дело, насколько оправдан переход на новую память сейчас, а не скажем, еще через полгода, стоит ли овчинка выделки, и на что именно стоит обращать внимание, решившись на такие затраты.

Еще совсем недавно - нынешним летом - память DDR2 считалась жуткой экзотикой и дорогущим удовольствием. Даже будучи официально представленной и появившись на прилавках магазинов, новая память отпугивала покупателя непомерными ценами, когда переход на новую LGA775 платформу Intel выглядел слишком затратным. Сейчас, по мере наращивания объемов поставок и роста спроса, память DDR2 стремительно дешевеет и совсем скоро сравняется в цене с DDR400. Если кто-то готов потянуть некоторое время с переходом на новое поколение модулей памяти - что ж, время еще есть, на рынке представлено некоторое количество системных плат на чипсетах серии i915, которые с равным успехом поддерживают оба стандарта, а некоторые выдающиеся образцы плат способны поддерживать на выбор DDR1 или DDR2. Однако, уже к весне покупатели новых системных плат такого выбора будут однозначно лишены, поскольку ожидаемые к тому времени новые чипсеты серий Glenwood/Lakeport, по образу и подобию нынешнего Alderwood (i925) начисто будут лишены поддержки DDR2. Хочешь не хочешь, а переходить на новую память придется. Лучше уж сейчас подготовится к этому как следует и понять для себя, что именно ждать от новой памяти, какие особенности приносит с собой переход на новую платформу.

Этот материал в большей степени несет цель ознакомления читателя с общими характеристиками и принципом работы памяти DDR2, хотя,  в качестве "живого примера" рассматривается уже приличное время поставляющиеся в нашу страну модули DDR2 производства компании Kingston. Надо отметить, что эта компания традиционно не производит чипов для своих модулей, закупая их у сторонних производителей. В компетенцию Kingston входит изготовление модулей, их последующее тестирование и дальнейшая маркетинговая поддержка. К примеру, рассматриваемые в нашей сегодняшней статье образцы 1 Гбайт модулей KVR533D2E4K2/1G выполнены на чипах производства японской Elpida, совместного предприятия NEC и Hitachi по выпуску памяти.

Надо отметить, что сотрудничество Kingston с Elpida было начато еще летом 2003 года, после затруднений, возникнувших при работе с прежним поставщиком, тайваньской Nanya. В то время Kingston, вслед за Intel, произвела инвестиции в размере $50 млн. на строительство новых 300 мм линий Elpida на фабрике в Хиросиме, а взамен получила источник бесперебойной поставки чипов DRAM. Уже в середине сентября 2003 года
Kingston смогла сообщить о сертификации 512 Мбит чипов DDR2 SDRAM от Elpida, выполненных с соблюдением норм 0,11-мкм техпроцесса, и начале производства первых 512 Мбайт модулей DDR2 SDRAM, соответствующих спецификациям JEDEC.

Сейчас модули DDR2 производства Kingston Technology можно найти без проблем, именно они первыми (после референсных модулей производства Micron) попали на тестирование в нашу лабораторию.

Перед тем, как перейти к рассказу о производительности тестировавшихся модулей памяти, представим вашему вниманию подробности о стандарте DDR2, чтобы более отчетливо представлять, с чем же нам предстоит работать в ближайшие годы.

Стандарт DDR2: термины, характеристики и немного истории

В марте 2002 года представители компаний, входящих в формирующую стандарты памяти организацию JEDEC опубликовали первые черновые спецификации того самого стандарта, который мы нынче называем DDR-II (Double Data Rate SDRAM) или DDR2 (JEDEC DDR-II). Кстати, правильным все же считается наименование DDR-II, по крайней мере, именно так стандарт именуется в официальных документах.

Основные параметры памяти стандарта DDR-II выглядят таким образом:

• Система команд: схожа с поддерживаемой памятью DDR-I
• Поддержка 4-битных и 8-битных пакетов данных
• Стандартные тактовые частоты памяти DDR-II: 400, 533 и 667 МГц
• Сигнальный интерфейс - SSTL_1.8 I/O
• Линейная скорость обмена данными для DDR-II-533: 533 Мбит/p (то есть, 533 Мбит/с на контакт)
• Упаковка чипов: 200- контактные, 220- контактные и 240-контактные корпуса FBGA
• Латентность CL (CAS Latency, задержка сигнала CAS) - без половинных циклов и без команд прерывания
• Дополнительные нормативы для задержек чтения и записи (write latency and read latency)
• Отложенный CAS# - Posted CAS
• Программируемые задержки выдачи CAS# (Programmable CAS Latency: 3, 4, 5 и 6 - опционально)
• Программируемые дополнительно вводимые задержки (Programmable Additive Latency): 0, 1 , 2 , 3 и 4, импульсное прерывание
• Задержка на запись данных: строится по схеме задержка на чтение - 1 такт - Write Latency(WL) = Read Latency(RL) -1
• Дифференциальное стробирование (differential strobe)
• Внешняя калибровка выходного сигнала (off-chip output driver calibration, OCD)
• Встроенная внутрикристалльная терминация (on-die termination, ODT)
• Стандартное 4-банковое ядро с независимой архитектурой - 4 Bank
• Поддерживаемые длины пакетов: Burst Length - 4 (Read/Write Interrupt Prohibited but only Read interrupted by Read & Write interrupted by Write are allowed), или 8 (Interleave/nibble sequential) Programmable Sequential / Interleave Burst Mode
• 1 Кб адресация для 512 Мбит x4/x8 чипов и 2 Кб для 512 Мбит x 16
• 4-битная канальная архитектура блока упреждающей выборки (pre-fetch) (у DDR-1 - 2-битная), 4 слова за цикл в режиме запрещения задержки операции чтения/записи при задержке чтения/записи разрешена в однофазных режимах
• 8 слов за цикл в режиме последовательных чередующихся / прерывающихся фаз в полностью программируемом (управляемом) режиме переключения между последовательным и чередующимся пакетным режимом
• Поддержка двунаправленного стробирования с опциональным однонаправленным - Bidirectional, (Single-ended data-strobe is an optional feature). Означает, что контроллер не обязательно должен находится в начале цепи, он может быть расположен в любом месте структуры. Для этого введен режим динамической подстройки полного сопротивления от источника - Off-Chip Driver(OCD) Impedance Adjustment
• Для регенерации массива используется 2х сокращенная авторегенерация и саморегенерация (Auto Refresh, CBR, и Self Refresh, Refesh Period 7,8 мс, 8192 цикла регенерации / 64 мс)

Что касается типов памяти DDR-II, в настоящее время рассматриваются следующие варианты модулей:

• PC2-3200 - DDR II 400, 3,2 Гбит/с
• PC2-4300 - DDR II 533 4,3 Гбит/с
• PC2-5400 - DDR II 667 5,4 3,2 Гбит/с
• PC2-6400 - DDR II 800 6,4 3,2 Гбит/с

Для рынка настольных ПК выпускаются 240-контактные Registered модули DIMM DDR II SDRAM, для рынка серверов и рабочих станций - 240-контактные Unbuffered модули DIMM DDR II SDRAM, для мобильных устройств - 200-контактные модули SO-DIMM и 244-контактные модули Mini DIMM DDR-II SDRAM.

Далее ожидается, что развитие спецификаций памяти для различных секторов рынка разойдется по несколько различным направлениям. Так, нынешние спецификации буферированных модулей DDR2-667/800 подразумевают буферирование адреса, цепей управления и тактовых сигналов, но не цепей обмена данными, очень плохо соответствуют требованиям к серверным приложениям. К тому же наиболее критичные к профилактике серверы давно комплектуются компонентами с возможностью "горячей" замены, а в случае с оперативной памятью таких стандартов до сих пор не было. В связи с этим предполагается принятие и продвижение нового стандарта полностью буферированной памяти - FB-DIMM с поддержкой горячей замеры. Появление модулей DDR2 FB-DIMM можно ожидать в 2005 году.

В то же время, графическая память - GDDR2 и GDDR3, при достаточно заметном общем сходстве с DDR2, имеет свои особенности реализации. Например, GDDR3 обеспечивает линейную пропускную способность до 1 - 1,5 Гбит/с на вывод, что вдвое выше производительности DDR-II, но, тем не менее, в перспективе окажется медленной для серьезных графических приложений. В силу специфики использования графической памяти, а именно соединения GPU и DRAM с топографией точка-точка, при формировании I/O шины GDDR3 используется технология с открытым стоком и привязанная к этому специфическая реализация внутрикристалльной терминации (on-die termination, ODT), в отличие от двухтактной шины у стандартной DDR2, что позволяет радикально поднять тактовые частоты и упростить разводку плат. Несмотря на использование контроллеров для согласования по полному сопротивлению (impedance-matching controllers), GDDR3 обладает более простым дизайном за счет использования архитектуры прямого подключения. Такой же дизайн находит распространение в коммуникационных устройствах.

Как бы там ни было, но на сегодняшний день сомнения о перспективах перехода на DDR2 или продвижения каких-то альтернатив уже не стоит. Память RDRAM при всей своей перспективности дискредитирована применявшимся способом ее продвижения на рынке и больше не рассматривается Intel в качестве основы для платформ с ее участием, другие альтернативы не рассматривались с самого начала. Прежний стандарт, DDR1, фактически исчерпал свои возможности, ибо выпуск и последующая сертификация более производительных модулей в конечном счете влетит в копеечку и будет интересна только оверклокерам. Опять же, вариант с увеличением количества каналов памяти DDR1, например, до четырех, также экономически нецелесообразен, ибо в любом случае ведет к сложностям с поставками протестированных на совместимость модулями, плюс,  значительным образом усложняет конструкцию контроллера и топологию системных плат. Словом, тупик.

В то же время память DDR2 даже в самом производительном ее воплощении, DDR2-533, при отличных перспективах не дает существенного прироста производительности. Да, заложенная в 2-канальном режиме работы DDR2-533 пиковая производительность до 8,5 Гбит/с  - хорошая штука, однако, слишком высокая латентность DDR2 - порядка 15 нс (4-4-4) для модулей на чипах DDR2-533, значительно превышает стандартный для DDR1-400 показатель 10 нс (2-3-2). Из-за этого многие приложения, критичные к задержкам подсистемы памяти, до сих пор демонстрируют сравнимую или даже меньшую производительность на новых системах. Ситуация несколько облегчится при выпуске модулей на чипах DDR2-667, обладающих латентностью уровня 12 нс (4-4-4), и только тогда мы скорее всего, увидим реальный прирост производительности новых систем в критичных к памяти приложениях. Пока что DDR2 не может развернуть заложенный в ней потенциал во всю силу.

Тем не менее, заметных плюсов у нее уже сейчас предостаточно. Возьмем хотя бы сигнальный уровень SSTL_18 (в отличие от SSTL_2 у DDR1), который позволяет добиться значительного снижения энергопотребления, в типичном случае - с 527 мВт у DDR1 (напряжение питания 2,5 В) до 247 мВт у DDR2 (напряжение питания 1,8 В). Несмотря на практически полную идентичность ячеек памяти у обоих поколений DDR, разница между ними заключается в удвоенной ширине шины обмена данными у DDR2 с последующим мультиплексированием данных. За счет этого скорость обмена данными DDR2 с буферами теоретически возрастает вдвое (если вести речь об одинаковой тактовой частоте).

Тестирование

Конфигурация тестового стенда:

• Системная плата:
1. Intel D925XCV на базе чипсета i925X
2. ABIT AG8 на базе чипсета i915P
• Процессор: 3,6 ГГц Pentium 4 560, LGA 775, 800 МГц FSB
• Память:
1. Два модуля Kingston PC2-4300 емкостью 512 Мбайт каждый с односторонним (SS, single side) расположением чипов (комплект KVR533D2E4K2/1G, CL=4)
2. Два модуля памяти DDR2-533 емкостью 512 Мбайт каждый от компании Micron (модули PC2-4300U-44410-B0, CL=4)
• Винчестер: Hitachi (HDS722525VLSA80), 150 Гбайт, 7200 об/мин, Serial ATA 150
• Видеосистема: NVIDIA GeForce 6800 GT (NV45), 256 Мбайт, NVIDIA NV45 ядро/память - 400/550 МГц
• Питание: блок питания Codegen 480 Вт
• ОС: WindowsXP, SP1

Подробнее остановимся на характеристиках комплекта KVR533D2E4K2/1G заявленных производителем. 512 Мбайт модули в 240-контактных корпусах, в сумме дающие 1 Гбайт памяти, имеют организацию 64M x 72 бита, выполнены на чипах DDR2-533 с CL4.

Каждый модуль состоит из девяти DDR2-533 SDRAM чипов с организацией 64M x 8 бит (16M x 8 бит x 4 банка), выполненных в корпусах FBGA. Заявлены следующие характеристики модулей:

• Clock Cycle Time (tCK) CL=4  - 3,75 нс (минимум)/ 8 нм (максимум)
• Row Cycle Time (tRC)  - 55 нс (минимум)
• Refresh to Active/Refresh Command Time (tRFC)  - 105 нс
• Row Active Time (tRAS) - 40 нс (минимум) / 70000 нс  (максимум)
• Питание: +1,8 В (+/- 0,1 В)
• Энергопотребление (IDD0): 1,620 Вт (рабочее)
• Высота модулей: 31,75 мм (1,25 дюйма)

Чипы EDE5108AB, на которых выполнены модули, представляют собой микросхемы DDR2 SDRAM емкостью 512 Мбит, имеющие организацию 16.777.216 слов х 8 бит х 4 банка. Корпусировка чипов - 64-контактный FBGA. Чипы выпускаются компанией Elpida в массовых партиях с первого квартала 2004 года.

Для тестирования нами были применены следующие тестовые программы:

• AIDA32
• SiSoft Sandra 2004

Набор небогатый, но для первого знакомства вполне достаточный.

По полученным в результате тестирования данным можно определенно отметить, что память от Kingston показала надежную стабильную работу во всех (кроме запредельных для нее) режимах. Согласно результатам тестирования в SiSoft Sandra 2004 наблюдалось минимальное - в пределах 2-3% в некоторых тестах, отставание от референсного комплекта памяти от Micron. Не удивительно, ибо именно эти инженерные образцы модулей памяти от Micron компания Intel включила в поставку пробного тестового комплекта платформы Pentium 4 Prescott/i925X, подготовленной к анонсу новой платформы.  Более глубокие умозаключения, например, о превосходстве чипов от Micron над чипами от Elpida или преимуществах двустороннего монтажа чипов (Micron) над односторонним (Kingston), очевидно, будет возможным сделать только после наработки большей статистики по большему количеству модулей от разных производителей.

Заключение

В настоящее время можно сказать, что мы переживаем очередной переломный момент в "архитектуростроительстве" компьютерных систем. Момент, надо отметить, достаточно болезный, поскольку в отличие от череды предшествовавших эволюционных изменений, долгие годы не затрагивавших, например, формат спецификаций шины PCI или тех же модулей DIMM, нынешний этап иначе как революционным назвать не получится. Меняется все: и графическая подсистема, и дисковая, и контроллер памяти, и многое другое.

Так или иначе переходить на новое "железо" все равно придется, ибо новые чипсеты под процессоры Intel, подготавливаемые к выпуску весной 2005 года, по предварительным данным, вовсе не будут совместимы с широким списком комплектующих  предыдущего поколения. Так, окончательно придется распрощаться с поддержкой AGP 8x, совершенно исчезнет поддержка DDR1. Да что уж далеко ходить за примерами, если даже AMD, нынешние процессоры которой (K8) обладают интегрированными контроллерами памяти DDR1, во всеуслышание объявила о поддержке DDR2 следующим поколением своих CPU (правда, неведомым пока хитрым способом в целях экономии и совместимости планируя поддерживать сразу все типы памяти, от DDR1 и DDR2 до FB-DIMM).

Несомненно,  одним из ключевых и обязательных компонентов ПК образца 2005 года будет являться память стандарта DDR2, а прежняя DDR1 будет мирно доживать свой век в старых системах и со временем уйдет в небытие вслед за вытесненной ею же в свое время SDRAM или еще раньше  помершими модулями SIMM. Как и несколько лет назад, при переходе с SDRAM на DDR SDRAM, каждый сам для себя выбирал момент перехода на новую платформу: для кого-то на первое место выходит вопрос цены, для кого-то - производительности, кто-то смотрит на совместимость с имеющимися в наличии комплектующимися.

Тем, кто собирается переходить на новую платформу LGA775/DDR2/PCI-E 16x в ближайшее время, несомненно, придется затратить на это сумму  неизмеримо меньшую, нежели в начале осени, когда такие платформы были еще в диковинку. Судите сами: еще в сентябре комплект Kingston KVR533D2N4/1G обходился примерно в $450, а сейчас его не сложно обнаружить по цене в районе $300, да и цены на новые процессоры и системные платы также постепенно приходят "в норму". Другое дело, что менее через полгода на mainstream-горизонте замаячит новая системная шина 1066 МГц, подтянется новый стандарт памяти DDR2-667 и ценовая чехарда закрутится с новой силой. Впрочем, это-то как раз привычно. Другое дело, что игнорировать DDR2, конечно, еще можно. Но недолго, ибо этот стандарт совсем скоро станет единственным для настольных ПК.