DDR-SDRAM
DDR-SDRAM (englisch Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory; oft auch nur: DDR-RAM) ist ein halbleiterbasierter RAM-Typ, der durch Weiterentwicklung von SDRAM entstand. Aktuell (2021) gibt es ihn in fünf Generationen, die 5. Generation (DDR5) wurde 2019 spezifiziert und erschien 2021 auf dem Markt. Verwendet werden diese hauptsächlich für Speichermodule des DIMM- und SO-DIMM-Standards und als Arbeitsspeicher in PCs und Laptops. Für mobile Geräte gibt es eine eigene Spezifikation (Low Power SDRAM), ebenso für Graphikspeicher (siehe GDDR).
Geschichte
Mitte 1999 setzte die Computerindustrie auf die Weiterentwicklung von SDRAM in Form der DDR-Speichertechnik, weil die von Intel unterstützte Direct-Rambus-DRAM-Technik (RDRAM) durch einen Fehler im i820-Chipsatz Probleme bekam und durch den Pentium-III-FSB ihre Leistungsfähigkeit trotz hoher Preise nicht ausspielen konnte.
Erste Speicherchips sowie Mainboards mit Unterstützung für DDR-SDRAM kamen Ende 1999 auf den Markt. Erst Anfang 2002 konnten sie sich jedoch auf dem europäischen Endverbrauchermarkt durchsetzen.
Übersicht
DDR- SDRAM- Standard |
Takt (MHz) | Pre- fetch |
Transfer-Rate | Spannung | Pins | Bemerkungen | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Speicher | I/O | (MT/s) | (V) | DIMM | SO- | Micro- | |||
SDR | 66–133 | 66– 133 | 1n | 66– 133 | 3,3 | 168 | bis 183 MT/s auf Grafikkarten[1] | ||
DDR | 100–200 | 100– 200 | 2n | 200– 400 | 2,5/2,6 | 184 | 200 | 172 | bis 400 MT/s, CL 2-2-2-5 |
DDR2 | 100–266 | 200– 533 | 4n | 400–1066 | 1,8 | 240 | 200 | 214 | bis 1066 MT/s, CL-6-7-7-20 |
DDR3 | 100–266 | 400–1066 | 8n | 800–2133 | 1,5/1,35/1,25[Tab 1] | 240 | 204 | 214 | bis 2133 MT/s, CL-11-14-15 |
DDR4 | 200–667 | 800–2666 | 8n | 1600–5333 | 1,05/1,2 | 288 | 260 | – | bis 5333 MT/s, CL-19-26-26-48 |
DDR5 | 200–525 | 1600–4200 | 16n | 3200–8400 | 1,1 | 288 | 262 | – | 2 Kanäle à 32 bit statt 1 Kanal mit 64 bit, On-Die-ECC[Tab 2], Dual-Parity statt Single-Parity (unabhängig von On-Die-ECC)[Tab 3] |
- ↑ 1,35 Volt werden mit L für low (engl. für niedrig) und 1,25 mit U für ultralow gekennzeichnet
- ↑ Auch Nicht-ECC-RAM weist Paritätsbits auf, die der Speicher zur internen Speicherkorrektur unabhängig von der CPU nutzt
- ↑ Erhöhung von 8 auf 16 bit Parität pro 64 bit Speicherzeile, ermöglicht Fehlerkorrektur von Zwei-Bit-Fehlern
Arbeitsweise
DDR-SDRAM ermöglicht keine höheren Datenraten per se, da die eigentliche Datenübertragung bei SDR und DDR mit der gleichen Zeitabfolge und den gleichen Problemstellungen erfolgt. Das DDR-Verfahren löst im Vergleich zu SDR (und als einzig wesentlichen Unterschied), das Problem der Taktübertragung: Bei SDR hat das Taktsignal eine doppelt so hohe Frequenz wie im schlechtesten Fall das Datensignal. Das Taktsignal hat zwei Pegelwechsel pro Takt, das Datensignal maximal einen Pegelwechsel. Das ist bei DDR-Übertragungen nicht mehr der Fall. Dafür muss der Takt im DDR-RAM-Modul mittels einer lokalen Phasenregelschleife (PLL) schaltungstechnisch wieder verdoppelt werden.
Teilweise ist auch eine weitere Teilung des Taktes üblich. Teilweise sind auch unterschiedliche Takte für die Kommandierung und die Datenübertragung üblich. Dies ist z. B. bei GDDR-6-RAM der Fall. Ein "18 GHz" GDDR-6-RAM verwendet ein 4,5 GHz Taktsignal und überträgt mit 18 GHz je 1 Bit pro Datenleitung.
DDR-SDRAM
Während „normale“ SDRAM-Module bei einem Takt von 133 MHz eine Datenübertragungsrate von 1,06 GB/s bieten, arbeiten Module mit DDR-SDRAM (133 MHz) nahezu mit der doppelten Datenrate. Möglich wird das durch einen relativ simplen Trick: Sowohl bei der auf- als auch bei der absteigenden Flanke des Taktsignals wird ein Datenbit übertragen, anstatt wie bisher nur bei der aufsteigenden.
Damit das Double-Data-Rate-Verfahren zu einer Beschleunigung führt, muss die Anzahl zusammenhängend angeforderter Daten (= „Burst-Length“) immer gleich oder größer als die doppelte Busbreite sein. Da das nicht immer der Fall sein kann, ist DDR-SDRAM im Vergleich zu einfachem SDRAM bei gleichem Takt nicht exakt doppelt so schnell. Ein weiterer Grund ist, dass Adress- und Steuersignale im Gegensatz zu den Datensignalen nur mit einer Taktflanke gegeben werden.
DDR-SDRAM-Speichermodule (DIMM) besitzen 184 Kontakte/Pins (DDR2-SDRAM DIMM/DDR3-SDRAM DIMM: 240, SDRAM DIMM: 168 Kontakte). Die Betriebsspannung beträgt normalerweise 2,5 V, für DDR-400 2,6 V.
Chip | Modul | Speicher- takt |
I/O- Takt² |
Effektiver Takt³ |
Datenrate (64 bit Bus) |
---|---|---|---|---|---|
DDR-200 | PC-1600 | 100 MHz | 100 MHz | 200 MHz | 1,6 GB/s |
DDR-266 | PC-2100 | 133 MHz | 133 MHz | 266 MHz | 2,1 GB/s |
DDR-333 | PC-2700 | 166 MHz | 166 MHz | 333 MHz | 2,7 GB/s |
DDR-400 | PC-3200 | 200 MHz | 200 MHz | 400 MHz | 3,2 GB/s |
- ²: Geschwindigkeit der Anbindung an den Speichercontroller von CPU oder Mainboard
- ³: Effektiver Takt im Vergleich zu SDR-SDRAM (theoretisch)
- PC-XXXX: Das XXXX berechnet sich durch (2 × Speichertakt × Busbreite)/8 (Busbreite = 64 bit) und entspricht der Datenrate in MB/s.
DDR-200 bis DDR-400 sowie die damit aufgebauten PC-1600- bis PC-3200-Speichermodule sind von der JEDEC als JESD79 standardisiert. Alle davon abweichenden Module orientieren sich zwar von den Bezeichnungen her an den Standards, aber jeder Hersteller setzt bei den elektrischen Eigenschaften – dieser oft als „Übertakter-Speicher“ angebotenen Module – seine eigenen Spezifikationen ein und arbeitet oft mit exzessiver Überspannung.
Einen Sicherheitsgewinn bringen die oft in Servern eingesetzten Speichermodule mit ECC (Error Checking and Correction) oder auch Registered-Module mit Signalpuffer. Das gilt aber nur, wenn diese Speichermodule explizit unterstützt werden, oft funktionieren ECC-Module in normalen Desktop-Hauptplatinen überhaupt nicht. Solche Speichermodule sind in allen standardisierten Taktfrequenzen erhältlich und an der zusätzlichen Bezeichnung R, ECC oder R ECC erkennbar, beispielsweise PC-1600R, PC-2100 ECC oder PC-2700R ECC.
DDR2-SDRAM
DDR2-SDRAM ist eine Weiterentwicklung des Konzeptes von DDR-SDRAM, bei dem statt mit einem Zweifach- mit einem Vierfach-Prefetch gearbeitet wird.
Die Module für Desktop-Computer besitzen 240 statt 184 Kontakte/Pins und sind mechanisch und elektrisch nicht kompatibel mit DDR-Modulen der ersten Generation. Durch eine anders angeordnete Kerbe wird eine Verwechslung verhindert.
Die Gehäuse der Speicherchips sind in FBGA (Fine Ball Grid Array)-Technik ausgeführt und kleiner (126 mm² statt bisher 261 mm²) als Standard-DDR-RAM im TSOP (Thin Small Outline Package)-Gehäuse.
Bei DDR2-SDRAM ist der I/O-Puffer mit der doppelten Frequenz der Speicherchips getaktet. Man erhält – wie bei dem älteren DDR-Standard – jeweils bei steigender als auch bei fallender Flanke des Taktsignals gültige Daten. Beim DDR-SDRAM werden mit einem Read-Kommando (mindestens) zwei aufeinanderfolgende Adressen gelesen, bei DDR2-SDRAM vier, bedingt durch die Prefetch-Methode des jeweiligen Standards. Aus einem 128 Bit breiten DDR-Modul werden also pro Lesezugriff 256 Bit gelesen, aus einem vergleichbaren DDR2-Modul 512. Die absolute Datenmenge bleibt bei gleichem I/O-Takt von zum Beispiel 200 MHz aber identisch, da das DDR2-Modul zwei Takte anstatt einen benötigt, um die Daten zu übertragen. DDR2 unterstützt nur zwei mögliche Burst-Längen (Anzahl an Datenwörtern, die mit einem einzelnen Kommando gelesen oder geschrieben werden können), nämlich vier (bedingt durch Vierfach-Prefetch) oder acht, DDR hingegen unterstützt zwei, vier oder acht.
Zur Senkung der elektrischen Leistungsaufnahme wurde die Signal- und Versorgungsspannung von DDR2-SDRAM auf 1,8 V verringert (bei DDR-SDRAM sind es 2,5 V). Außerdem bedingt die verringerte Spannung eine geringere Wärmeentwicklung, was wiederum dazu führen kann, dass höhere Taktraten erzielt werden.
DDR2-SDRAM Chips arbeiten mit „On-Die Termination“ (ODT). Der Speicherbus muss also nicht mehr auf der Modulplatine (oder dem Board) terminiert werden. Die Terminierungsfunktion wurde direkt in die Chips integriert, was Platz und Kosten spart. Bei ODT sendet der Speicher-Controller ein Signal auf den Bus aus, das alle inaktiven Speicherchips dazu veranlasst, auf Terminierung umzuschalten. Somit befindet sich nur das aktive Signal auf der Datenleitung, Interferenzen sind so gut wie ausgeschlossen.
Kompatibilität
DDR2-Module können ohne Rücksicht auf ihre jeweilige Geschwindigkeitsangabe prinzipiell in jede Hauptplatine mit DDR2-Steckplätzen eingesetzt werden. Der Speichercontroller sorgt dafür, dass Speichermodule, die langsamer sind als die Hauptplatine, höchstens mit der Taktrate betrieben werden, für die sie ausgelegt sind.
Auch DDR2-Module mit unterschiedlichen Taktraten können beliebig kombiniert werden. Meist arbeitet dann jedoch der gesamte Speicher nur mit der Geschwindigkeit des langsamsten Moduls.
Da die JEDEC-Spezifikationen jedoch ungenau sind, kann es zu Kompatibilitätsproblemen zwischen bestimmten Mainboards und bestimmten Speichermodulen kommen. Oft können diese Probleme durch ein BIOS-Update gelöst werden. Nur bei einem Speicher, der auf der sogenannten QVL (Qualified Vendor List) des Mainboards steht, kann davon ausgegangen werden, dass er in diesem Mainboard auf jeden Fall funktioniert.
Chip | Modul | Speicher- takt |
I/O- Takt² |
Effektiver Takt³ |
Datenrate (64 bit Bus) |
---|---|---|---|---|---|
DDR2-400 | PC2-3200 | 100 MHz | 200 MHz | 400 MHz | 3,2 GB/s |
DDR2-533 | PC2-4200 | 133 MHz | 266 MHz | 533 MHz | 4,2 GB/s |
DDR2-667 | PC2-5300 | 166 MHz | 333 MHz | 667 MHz | 5,3 GB/s |
DDR2-800 | PC2-6400 | 200 MHz | 400 MHz | 800 MHz | 6,4 GB/s |
DDR2-1066 | PC2-8500 | 266 MHz | 533 MHz | 1066 MHz | 8,5 GB/s |
- ²: Geschwindigkeit der Anbindung an den Speichercontroller von CPU oder Mainboard
- ³: Effektiver Takt im Vergleich zu SDR-SDRAM (theoretisch)
- PC2-XY00: Das XY00 berechnet sich durch (4 × Speichertakt [in MHz] × Busbreite [in Bit])/8 (Busbreite = 64 bit) und entspricht der Datenrate in MB/s.
DDR2-400 bis DDR2-1066 sowie die damit aufgebauten PC2-3200- bis PC2-8500-Speichermodule sind von der JEDEC standardisiert. Alle davon abweichenden Module orientieren sich zwar von den Bezeichnungen her an den Standards, aber jeder Hersteller setzt bei den elektrischen Eigenschaften – der oft als „Übertakter-Speicher“ angebotenen Module – seine eigenen Spezifikationen und arbeitet oft mit exzessiver Überspannung. Wie bei DDR-SDRAM gibt es auch bei DDR2-SDRAM neben den Unregistered-Modulen (oft als PC2-XY00U bezeichnet) auch Registered-Module (PC2-XY00R) und ECC-Module (PC2-XY00E) wie auch FBDIMM-Module (PC2-XY00F).
DDR3-SDRAM
DDR3-SDRAM ist eine Weiterentwicklung des Konzeptes von DDR2-SDRAM, bei dem statt mit einem Vierfach- mit einem Achtfach-Prefetch gearbeitet wird.
Die Chips mit einer Kapazität von mindestens 512 Mebibit verarbeiten Daten mit 8500 Megabyte pro Sekunde und sind damit deutlich schneller als DDR-400- oder auch DDR2-800-SDRAM. Allerdings ist die CAS-Latenz höher. DDR3-SDRAM wird mit 1,5 V statt 1,8 V betrieben und ist damit gerade für den mobilen Einsatz besser geeignet, bei dem es auf lange Akkulaufzeiten ankommt. Low-Voltage-Ausführungen (DDR3L) können auf geeigneten Hauptplatinen mit 1,35 V betrieben werden. Ultra-Low-Voltage-Ausführungen (DDR3U) sind für den Betrieb mit 1,25 V vorgesehen.
DDR3-SDRAM-Speichermodule (DIMM) besitzen 240 Kontakte/Pins. Trotz gleicher Pinzahl sind sie nicht zu DDR2-SDRAM kompatibel und besitzen unterschiedliche Einkerbungen. SODIMM-Module für Notebooks haben 204 Kontakte gegenüber 200 Kontakten als DDR2-Variante und als DDR1-Variante.
Im Bereich des Grafikspeichers wird schon seit längerem GDDR3-Speicher eingesetzt. Dieser basiert aber auf DDR2-Speicherchips, lediglich die Spannung wurde anfangs abgesenkt (Spannung VDD = 1,5 V statt 2,5 V; VDDQ = 1,5 V statt 1,8 V). Die Bezeichnung GDDR3 besitzt keine offiziellen Spezifikationen, sondern wurde aus Marketing-Gründen gewählt (um sich von dem weniger erfolgreichen GDDR2 abzugrenzen). GDDR4 und GDDR5 basieren auf DDR3-Technologien, sind aber teils erheblich modifiziert für den Einsatz als Grafikspeicher.
Chip | Modul | Speicher- takt |
I/O- Takt² |
Effektiver Takt³ |
Datenrate (64 bit Bus) |
---|---|---|---|---|---|
DDR3-800 | PC3-6400 | 100 MHz | 400 MHz | 800 MHz | 6,4 GB/s |
DDR3-1066 | PC3-8500 | 133 MHz | 533 MHz | 1066 MHz | 8,5 GB/s |
DDR3-1333 | PC3-10600 | 166 MHz | 666 MHz | 1333 MHz | 10,6 GB/s |
DDR3-1600 | PC3-12800 | 200 MHz | 800 MHz | 1600 MHz | 12,8 GB/s |
DDR3-1866 | PC3-14900 | 233 MHz | 933 MHz | 1866 MHz | 14,9 GB/s |
DDR3-2133 | PC3-17000 | 266 MHz | 1066 MHz | 2133 MHz | 17,0 GB/s |
- ²: Geschwindigkeit der Anbindung an den Speichercontroller von CPU oder Mainboard
- ³: Effektiver Takt im Vergleich zu SDR-SDRAM (theoretisch)
- PC3-XXXX: Das XXXX berechnet sich durch (8 × Speichertakt [in MHz] × Busbreite eines Moduls)/8 und entspricht der Datenrate in MB/s. Die Datenbusbreite eines Modules ist immer 64 Bit (= 8 Byte). Zudem können 8 × 4 GB pro Modul adressiert werden (Adressbus benötigt nur 32 Bit).
Die Spezifikationen von DDR3-800 bis DDR3-2133 sowie die damit aufgebauten PC3-6400- bis PC3-17000-Speichermodule sind von der Standardisierungsorganisation JEDEC beschrieben. Alle davon abweichenden Module orientieren sich zwar von den Bezeichnungen her an den Standards, aber jeder Hersteller setzt bei den elektrischen Eigenschaften – der oft als „Übertakter-Speicher“ angebotenen Module – seine eigenen Spezifikationen und arbeitet oft mit exzessiver Überspannung. Wie bei DDR1-SDRAM, gibt es auch bei DDR3-SDRAM ECC- und Registered-Module, diese sind allerdings gegenwärtig (Mai 2011) nur bis einschließlich PC3-12800 standardisiert. Analog zu früheren Standards werden diese mit der Zusatzkennung R, ECC oder R ECC versehen. Eine Kennung PC3L- bezeichnet Low-Voltage-Speichermodule, PC3U- steht für Ultra-Low-Voltage-Speichermodule. Analog bestehen die Bezeichnungen DDR3L und DDR3U für entsprechende Speicherchips. Dabei ist nur eine eingeschränkte Kompatibilität untereinander gegeben: PC3L-Module laufen meistens problemlos in Mainboards mit höherer Spannung, andersherum nicht oder der Betrieb ist instabil.
DDR4-SDRAM
Ein DDR4-SDRAM besitzt 288 Kontakte, das Notebook-Pendant SO-DIMM 260 Kontakte. Wie bei DDR3-SDRAM auch, wird der Speicher mit 8-fach-Prefetch betrieben. Es findet also keine Verdoppelung statt, wie es bei den vorherigen DDR-SDRAM-Generationen der Fall war. Stattdessen können die Module mit höheren Taktraten betrieben werden. Die neuen Speichermodule sollen im 30-Nanometer-Verfahren hergestellt werden.[3]
Im Mai 2012 lieferte Micron erste Testexemplare von DDR4-SDRAMs aus und ab Mitte 2014 waren sie im Markt eingeführt. Ursprünglich sollte er schon bis 2015 mindestens 50 Prozent Marktanteil erreichen; spätere Schätzungen gingen davon aus, dass dieses Ziel frühestens 2016 erreicht werden kann.[4] Der Durchbruch gelingt nach aktuellen (04/2017) Hochrechnungen im Jahr 2017.[5] Damit wurde der 2007 eingeführte DDR3-Standard erst nach etwa zehn Jahren mehrheitlich abgelöst.
Chip | Modul | Speicher- takt |
I/O- Takt² |
Effektiver Takt³ |
Datenrate (64 bit Bus) |
---|---|---|---|---|---|
DDR4-1600 | PC4-12800 | 200 MHz | 800 MHz | 1600 MHz | 12,8 GB/s |
DDR4-1866 | PC4-14900 | 233 MHz | 933 MHz | 1866 MHz | 14,9 GB/s |
DDR4-2133 | PC4-17000 | 266 MHz | 1066 MHz | 2133 MHz | 17,0 GB/s |
DDR4-2400 | PC4-19200 | 300 MHz | 1200 MHz | 2400 MHz | 19,2 GB/s |
DDR4-2666 | PC4-21300 | 333 MHz | 1333 MHz | 2666 MHz | 21,3 GB/s |
DDR4-2933 | PC4-23466 | 366 MHz | 1466 MHz | 2933 MHz | 23,5 GB/s |
DDR4-3200 | PC4-25600 | 400 MHz | 1600 MHz | 3200 MHz | 25,6 GB/s |
- Vorteile von DDR4-RAM
Im Vergleich zum Vorgänger wird das RAM nochmals höher getaktet, dadurch können höhere Transferraten erreicht werden. Gleichzeitig wird die Spannung auf 1,2 V gesenkt. Dank Chip-Stacking-Technologie können bis zu acht Speicherschichten übereinander geschichtet werden. Das erhöht nicht nur die maximale Speicherkapazität, sondern auch die Signalqualität der einzelnen Module. Weiterhin verfügt DDR4 über eine verbesserte Fehlererkennung und Fehlerkorrektur.[6]
DDR5-SDRAM
DDR5 sollte 2020 auf den Markt kommen, es gab bereits 2018 erste Muster.[7] Im Juli 2020 wurde die Spezifikation nun auch offiziell veröffentlicht (kostenpflichtiger Download).[8][9] Bei der Markteinführung von Intels Alder Lake Core i9-12900K Ende 2021 war DDR5-SDRAM noch Mangelware.[10]
Chip | Modul | Speicher- takt |
I/O- Takt² |
Effektiver Takt³ |
Datenrate (2×32 bit Bus) |
---|---|---|---|---|---|
DDR5-3200 | PC5-25600 | 200 MHz | 1600 MHz | 3200 MHz | 2× 12,8 GB/s |
DDR5-3600 | PC5-28800 | 225 MHz | 1800 MHz | 3600 MHz | 2× 14,4 GB/s |
DDR5-4000 | PC5-32000 | 250 MHz | 2000 MHz | 4000 MHz | 2× 16,0 GB/s |
・・・ | |||||
DDR5-8000 | PC5-64000 | 500 MHz | 4000 MHz | 8000 MHz | 2× 32,0 GB/s |
DDR5-8400 | PC5-67200 | 525 MHz | 4200 MHz | 8400 MHz | 2× 33,6 GB/s |
Es gibt wichtige Verbesserungen zwischen DDR4- und DDR5-RAM:
- 16-fach- und optional 32-fach-Prefetch, Aufteilung des Interfaces in zwei Kanäle (wie bei DDR4-LPDIMM und GDDR-6-RAM)
- umfangreiche Kalibrierungsmöglichkeiten aller Signalleitungen
- DFE (Decision Feedback Equalization), womit sich stark verzerrte Signale wiederherstellen lassen
- On-Die-ECC, jeder RAM hat im Inneren 6,25 % zusätzliche RAM-Zellen, um Fehler auch bei Nicht-ECC-RAM zu erkennen und zu korrigieren. Dieser Test kann periodisch und unabhängig von der CPU ausgeführt werden.
- Kombinationen von DRAM-, Flash- und anderen persistenten Speichern (NVDIMM-N/F/P)
„Post-DDR5“-SDRAM
Die Entwicklung befand sich zu Jahresbeginn 2019 noch ganz am Anfang. Es wurde eine längere Entwicklungszeit von 5 bis 6 Jahren mit der Möglichkeit neuer Konzepte angestrebt.[11] Neben Beibehaltung der Grundprinzipien der Architektur von aktuellem DDR-RAM steht eine Annäherung von RAM-Schnittstelle und PCI-Express-Schnittstelle zur Diskussion. Letzteres würde in die Richtung gehen, dass sämtliche Kommunikation einer CPU über PCI-Express geht (Peripherie, Massenspeicher, CPU-zu-CPU-Kommunikation, flüchtiger Speicher). Weitere diskutierte Richtungen sind Integration des Arbeitsspeichers ähnlich HBM in den CPUs sowie ein Verschmelzen von flüchtigen und persistentem Speichern (wie bei DDR5 NVDIMM-P).
Berechnung Speichertransferrate
Um den theoretisch maximal möglichen Speicherdurchsatz pro Channel bzw. bei DDR4 pro Modul zu berechnen, wird folgende Formel verwendet:
Speichertransferrate(in MByte/s) = Takt der internen Logik(in MHz) × Prefetching-Faktor × Busbreite(in Byte)
Rechnungen für reale Beispiele
RAM-Typ | Form | Rechnung | Übertragungsrate | Bemerkungen |
---|---|---|---|---|
FPM-RAM | SIMM | 66 MHz × ¼ × 4 Byte | 0,067 GByte/s bei 7-3-3-3-Burst | Vorgänger des asynchronen EDO-RAMs |
EDO-RAM | 66 MHz × ⅓ × 4 Byte | 0,089 GByte/s bei 6-2-2-2-Burst | Vorgänger des synchronen SDR-RAMs | |
SDR-66 | DIMM | 66 MHz × 1 × 8 Byte | 0,533 GByte/s | erster synchroner dRAM, Übertragung auf nur einer Flanke |
DDR-400 | 200 MHz × | 2 × 8 Byte3,2 GByte/s | ||
DDR2-800 | 200 MHz × | 4 × 8 Byte6,4 GByte/s | ||
DDR3-1600 | 200 MHz × | 8 × 8 Byte12,8 GByte/s | ||
DDR4-2133 | 266 MHz × | 8 × 8 Byte17,0 GByte/s | ||
DDR4-2400 | 300 MHz × | 8 × 8 Byte19,2 GByte/s | ||
DDR5-8000 | 500 MHz × 16 × 8 Byte | 64,0 GByte/s |
DDR-SDRAM überträgt Daten immer bei steigender und fallender Taktflanke, bei DDR2, DDR3 und DDR4 wird der externe Takt gegenüber dem Takt der Speicherchips noch um den Faktor zwei bzw. vier gesteigert, da aus mehreren Speicherstellen nacheinander ausgelesen wird. Bei Verwendung von mehrkanaligen Speichersubsystems kann die kumulative Datenrate wie auch die maximal bestückbare Menge an Speicher vervielfacht werden. Latenzzeiten erhöhen sich durch längere interne Pfade etwas.
Anhand dieser Berechnung lässt sich grob abschätzen, wie gut das RAM und das übrige System zusammenpassen. Der Speicher muss schnell genug sein, um die Zugriffe aller Busmaster einschließlich CPU, Festplattencontrollern und Grafikkarten verarbeiten zu können.
Single-sided/double-sided
Es wird zwischen Single-sided und double-sided-Bausteinen unterschieden. In der single-sided-Variante liegen alle Module auf einer Seite, bei double-sided sind sie auf beide Seiten verteilt. Ein weit verbreiteter Mythos ist, dass die Bauform einen Einfluss auf die Leistung hat. Das stimmt aber nicht, da nicht der physische Aufbau, sondern die logische Organisation einen Einfluss hat (genauer gesagt der sog. rank). Jedoch haben double-sided-Module meist doppelt so viele ranks wie vergleichbare single-sided-Module, was aber nicht der Fall sein muss.
Speichertyp | Timingwerte | CL (ns) |
tRCD (ns) |
tRP (ns) |
tRAS (ns) |
---|---|---|---|---|---|
SDR-133 | CL3-3-3-6 | 22,5 | 22,5 | 22,5 | 45,0 |
DDR-266 | CL2.5-3-3-6 | 18,7 | 22,5 | 22,5 | 45,0 |
DDR-400 | CL3-3-2-8 | 15,0 | 15,0 | 15,0 | 40,0 |
DDR2-666 | CL4-4-4-12 | 12,0 | 12,0 | 12,0 | 36,0 |
DDR2-666 | CL5-5-5-15 | 15,0 | 15,0 | 15,0 | 45,0 |
DDR2-800 | CL4-4-4-15 | 10,0 | 10,0 | 10,0 | 37,5 |
DDR2-800 | CL5-5-5-12 | 12,5 | 12,5 | 12,5 | 30,0 |
DDR2-800 | CL5-5-5-15 | 12,5 | 12,5 | 12,5 | 37,5 |
DDR2-1066 | CL4-4-4-12 | 7,5 | 7,5 | 7,5 | 22.5 |
DDR2-1066 | CL5-5-5-15 | 9,4 | 9,4 | 9,4 | 28.1 |
DDR2-1066 | CL7-7-7-21 | 13,1 | 13,1 | 13,1 | 39,4 |
DDR3-1333 | CL7-7-7-21 | 10,5 | 10,5 | 10,5 | 31,5 |
DDR3-1333 | CL9-9-9-24 | 13,5 | 13,5 | 13,5 | 36,0 |
DDR3-1600 | CL6-8-6-24 | 7,5 | 10,0 | 7,5 | 30,0 |
DDR3-1600 | CL11-11-11-28 | 13,8 | 13,8 | 13,8 | 35,0 |
DDR3-1866 | CL7-7-7-18 | 7,5 | 7,5 | 7,5 | 19,3 |
DDR3-1866 | CL9-10-9-28 | 9,6 | 10,7 | 9,6 | 30,0 |
DDR3-2133 | CL9-11-9-28 | 8,4 | 10,3 | 8,4 | 26,3 |
DDR3-2933 | CL12-14-14-35 | 8,2 | 9,5 | 9,5 | 23,9 |
DDR4-2133 | CL10-12-12-28 | 9,4 | 11,3 | 11,3 | 26,3 |
DDR4-2400 | CL11-13-13-31 | 9,2 | 10,8 | 10,8 | 25,8 |
DDR4-2933 | CL16-18-18-36 | 10,9 | 12,3 | 12,3 | 24,5 |
DDR4-4000 | CL19-23-23-45 | 9,5 | 11,5 | 11,5 | 22,5 |
DDR5-4000 | CL30-30-30-64 | 15,0 | 15,0 | 15,0 | 32,0 |
DDR5-8000 | CL50-50-50-100 | 12,5 | 12,5 | 12,5 | 25,0 |
Latenzzeiten im Vergleich
Die Leistung von Speichermodulen misst sich vor allem in der „absoluten Latenz“. Die absolute Latenz ergibt sich aus den Faktoren (effektiver) Takt und Timing.
- Beispiele
Da der Speicherbus in allen drei folgenden Fällen mit jeweils exakt 200 MHz arbeitet, jedoch die Timings auf den effektiven Takt (400 MHz, 800 MHz und 1600 MHz) bezogen sind, bleiben die Latenzzeiten (im Bereich einiger Nanosekunden) identisch, obwohl sich die Timings unterscheiden. Die theoretische Datenrate verdoppelt sich jeweils aufgrund der Tatsache, dass der I/O-Bus mit 200, 400 bzw. 800 MHz arbeitet:
- Berechnung
Die Latenz lässt sich – wie aus den eben genannten Beispielen ersichtlich – wie folgt berechnen:
Die gesamte Zugriffszeit ist mindestens geteilt durch den Takt. Die effektive Taktfrequenz ist doppelt so hoch wie die eigentliche Taktfrequenz, da zweimal je Takt ausgelesen wird (daher der Name DDR = Double Data Rate).
Abweichungen von der Spezifikation
Die meisten Speicherhersteller bieten RAM an, der die offiziellen Spezifikationen der JEDEC nicht oder nicht in allen Betriebsmodi einhält. Das sind eingespeicherte Profile der verschiedenen Parameter, darunter Taktrate, Timings und Betriebsspannung. Deren Gesamtheit wird u. a. als Timings Table bezeichnet, etwa von der verbreiteten Freeware CPU-Z. Vor allem betrifft es den höchsten Modus als besonders schnell konzipierter Riegel, d. h. solcher mit höheren Taktraten und/oder besseren Timings. Diese Produkte werden oft als „OC-RAM“ (Speichermodule für Übertakter) bezeichnet. Während z. B. DDR3-1600 CL9-9-9 einer offiziellen Spezifikation unterliegt, handelt es sich bei DDR3-1600 CL8-8-8 sowie DDR4-3466 CL16-18-16 nicht um JEDEC-Standards. Auch für künftige Arbeitsspeichertypen ist zu erwarten, dass infolge der stetigen Verbesserung der Fertigungsverfahren immer schnellere Speichermodule angeboten werden. Diese werden jedoch zumindest anfangs außerhalb der offiziellen Spezifikation arbeiten. Die JEDEC könnte diese Speichermodule in die offizielle Spezifikation aufnehmen, allerdings geschieht das oft erst Jahre nach der ersten Verfügbarkeit. Auf Anhieb arbeiten solche Module nur dann zufriedenstellend, wenn ihre Parameter korrekt abgelegt sind (Profile) und diese vom System übernommen werden können. Wenn dem nicht so ist, werden sie standardkonform oder vom Mainboard justiert betrieben. Ist beides ebenfalls nicht möglich, verweigert das System den Betrieb.
Siehe auch
Literatur
- Christof Windeck: Merkzellen. c’t 6/2006 S. 278ff; Riegel-Reigen c’t 7/2006 S. 238ff; High-Speed versus Standard. c’t 8/2006 S. 210ff – Artikelserie über Aufbau und Funktionsweise von DDR2-Speichermodulen
Weblinks
- JEDEC-Website – das Standardisierungsgremium für Speicherstandards
Einzelnachweise
- ↑ https://www.anandtech.com/show/442/7 ELSA ERAZOR X SDR GeForce by Matthew Witheiler on January 12, 2000 1:37 AM EST
- ↑ Hochspringen nach: a b c DDR-SDRAM (DDR1 / DDR2 / DDR3) – Seite beim Elektronik Kompendium; Stand: 3. Juli 2012. Abgerufen am: 5. Juli 2012
- ↑ Micron Announces Its First Fully Functional DDR4 DRAM Module ( des vom 12. Mai 2012 im Internet Archive) Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis. (englisch) – Meldung bei Micron, vom 7. Mai 2012. Abgerufen am: 3. Juli 2012
- ↑ techhive.com TechHive: Adoption of DDR4 memory faces delays (englisch)
- ↑ icinsights.com
- ↑ Was ist neu bei DDR4-RAM Artikel bei www.Hardwareschotte.de vom 16. August 2014. Abgerufen am: 20. August 2014
- ↑ SK Hynix hat DDR5-5200 entwickelt - Golem.de. 15. November 2018, abgerufen am 12. April 2019.
- ↑ JEDEC Publishes New DDR5 Standard for Advancing Next-Generation High Performance Computing Systems | JEDEC. Abgerufen am 15. Juli 2020.
- ↑ Arbeitsspeicher: DDR5-Spezifikationen sind final - Golem.de. Abgerufen am 15. Juli 2020 (deutsch).
- ↑ heise online: Intel Core i-12000: Prozessoren und Mainboards verfügbar, DDR5-RAM nicht. Abgerufen am 10. November 2021.
- ↑ DDR6-RAM: Der DDR5-Nachfolger soll mehr Zeit zur Entwicklung brauchen. In: pcgameshardware.de. 28. Januar 2019, abgerufen am 21. Dezember 2020.
- ↑ Zwischen 2017 und 2021 auf www.heise.de/preisvergleich/ auffindbare Module exemplarisch rausgesucht