DDR SDRAM

Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.
Parte frontal e traseira de um módulo de RAM DDR-400 de 1 GB para PCs desktop (DIMM)
Memória DDR 1GB 400 MHz PC3200 de 184 pinos

Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory (DDR SDRAM) é uma classe de memória de acesso aleatório dinâmico síncrono (SDRAM) de taxa de dados dupla (DDR) de circuitos integrados de memória usados em computadores. DDR SDRAM, também retroativamente chamado de DDR1 SDRAM, foi substituído por DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM, DDR4 SDRAM e DDR5 SDRAM. Nenhum de seus sucessores são compatíveis com versões anteriores ou posteriores de SDRAM DDR1, o que significa que os módulos de memória DDR2, DDR3, DDR4 e DDR5 não funcionarão em placas-mãe equipadas com DDR1, e vice versa.

Em comparação com a SDRAM de taxa de dados única (SDR), a interface DDR SDRAM possibilita taxas de transferência mais altas por meio de um controle mais rígido do tempo dos dados elétricos e dos sinais de relógio. As implementações geralmente precisam usar esquemas como loops de bloqueio de fase e autocalibração para atingir a precisão de tempo necessária.[1][2] A interface usa bombeamento duplo (transferência de dados nas bordas ascendente e descendente do sinal de clock) para dobrar a largura de banda do barramento de dados sem um aumento correspondente na frequência do clock. Uma vantagem de manter a frequência do clock baixa é que isso reduz os requisitos de integridade do sinal na placa de circuito que conecta a memória ao controlador. O nome "taxa de dados dupla" refere-se ao fato de que um DDR SDRAM com uma certa frequência de clock atinge quase o dobro da largura de banda de um SDR SDRAM funcionando na mesma frequência de clock, devido a esse bombeamento duplo.

Com os dados sendo tranferidos de 64 bits por vez, DDR SDRAM fornece uma taxa de tranferência (em bytes/s) de taxa de clock do barramento de memória) x2 (para taxa dupla) x64 (número de bits transferidos) /8 (número de bits /byte). Assim, como uma frequência de barramento de 100MHz, DDR SDRAM fornece uma taxa de transferência máxima de 1600 MB/s.

História[editar | editar código-fonte]

Um chip Samsung DDR SDRAM de 64 MBit

No final da década de 1980, a IBM construiu DRAMs usando um recurso de clock de borda dupla e apresentou seus resultados na Convenção Internacional de Circuitos de Estado Sólido em 1990.[3][4]

A Samsung demonstrou o primeiro protótipo de memória DDR em 1997,[5] e lançou o primeiro chip DDR SDRAM comercial (64 Mb) em junho de 1998,[6][7][8] seguido logo depois pela Hyundai Electronics (agora SK Hynix) no mesmo ano.[9] O desenvolvimento do DDR começou em 1996, antes de sua especificação ser finalizada pelo JEDEC em junho de 2000 (JESD79).[10] JEDEC estabeleceu padrões para taxas de dados de DDR SDRAM, dividido em duas partes. A primeira especificação é para chips de memória e a segunda é para módulos de memória. A primeira placa-mãe de PC de varejo usando DDR SDRAM foi lançada em agosto de 2000.[11]

Especificação[editar | editar código-fonte]

Módulo de memória DDR genérico único
4 DDR RAM slots
Memória Corsair DDR-400 com dissipadores de calor
Layout físico DDR
Comparação de módulos de memória para PCs portáteis / móveis (SO-DIMM).

Módulos[editar | editar código-fonte]

Para aumentar a capacidade de memória e largura de banda, os chips são combinados em um módulo. Por exemplo, o barramento de dados de 64 bits para DIMM requer oito chips de 8 bits, endereçados em paralelo. Vários chips com as linhas de endereço comuns são chamados de classificação de memória. O termo foi introduzido para evitar confusão com linhas e bancos internos do chip. Um módulo de memória pode ter mais de uma classificação. O termo lados também pode ser confuso porque sugere incorretamente a colocação física de chips no módulo. Todas as classificações estão conectadas ao mesmo barramento de memória (endereço + dados). O sinal de seleção de chip é usado para emitir comandos para classificação específica.

Adicionar módulos a um único barramento de memória cria carga elétricaadicional em seus drivers. Para mitigar a queda da taxa de sinalização de barramento resultante e superar o gargalo de memória, novos chipsets empregram a arquitetura multicanal.

Comparação de padrões DDR SDRAM
Nome Chip Barramento Timings Voltagem (V)
Padrão Modelo Módulo Taxa de clock (MHz) Tempo de ciclo (ns)[12] Taxa de clocl (MHz) Taxa de tranferência (MT/s) Largura de barramento (MB/s) CL-T RCD -T RP Latencia CAS (ns)
DDR-200 PC-1600 100 10 100 200 1600 2.5±0.2
DDR-266 PC-2100 133⅓ 7.5 133⅓ 266.67 2133⅓ 2.5-3-3
DDR-333 PC-2700 166⅔ 6 166⅔ 333⅓ 2666⅔ 2.5
DDR-400 A PC-3200 200 5 200 400 3200 2.5-3-3 3 2.6±0.1
B 3-3-3 2.5
C 3-4-4 2

Nota: Todos os listados acima são especificados pela JEDEC como JESD79F.[13] Todas as taxas de dados de RAM entre ou acima dessas especificações listadas não são padronizadas pelo JEDEC - frequentemente são simplesmente otimizações do fabricante usando uma tolerância mais restrita ou chips com excesso de volume. Os tamanhos de embalagem em que o DDR SRAM é fabricado são padronizados pela JEDEC.

Não há diferença arquitetônica entre os módulos DDR SDRAM. Em vez disso, os módulos são projetados para funcionar em frequências de clock diferentes: por exemplo, um módulo PC-1600 é projetado para funcionara 100 MHz e um PC-2100 é projetado para funcionar a 133 MHz. A velocidade do clock de um módulo designa a taxa de dados na qual seu desempenho é garantido, portanto, é garantido que ele funcione com taxas de clock mais baixas (underclocking) e pode possivelmente funcionar com taxas de clock mais altas (overclocking) do que aquelas para as quais foi feito.[14]

Módulos DDR SDRAM para computadores desktop, módulos de memória dual in-line (DIMMs), têm 184 pinos (em oposição a 168 pinos em SDRAM ou 240 pinos em DDR2 SDRAM) e podem ser diferenciados de SDRAM DIMMs pelo número de entalhes (DDR SDRAM tem um, SDRAM tem dois). DDR SDRAM para notebooks, SO-DIMMs, tem 200 pinos, que é o mesmo número de pinos que DDR2 SO-DIMMs. Essas duas especificações são marcadas de forma muito semelhante e deve-se tomar cuidado durante a inserção se não tiver certeza de uma correspondência correta. A maioria das SDRAM DDR opera com uma tensão de 2,5 V, em comparação com 3,3 V para SDRAM. Isso pode reduzir significativamente o consumo de energia. Os chips e módulos com padrão DDR-400/PC-3200 têm uma tensão de 2,6 V.

O padrão JEDEC nº21 - C define três tensões operacionais possíveis para DDR de 184, conforme identificad pela posição do entralhe da chave em relação à linha central. A página 4.5.10-7 define 2,5 V (esquerda), 1,8 V (centro), TBD (direita), enquanto a página 4.20.5-40 indica 3,3 V para a posição de entalhe à direita. A oridentação do módulo para determina a posição do entalhe da chave é com 52 posições de contato à esquerda e 40 posições de contato à direita.

Aumentar ligeriamente a tensão de operação pode aumentar a velocidade máxima, ao custo de maior dissipação de energia e aquecimento, e ao risco de mau funcionamento ou danos.

Capacidade
Número de dispositivos DRAM: O número de chips é um múltiplo de 8 para módulos não ECC e um múltiplo de 9 para módulos ECC. Os chips podem ocupar um lado (lado único) ou ambos os lados (lado duplo) do módulo. O número máximo de chips por módulo DDR é 36 (9x4) para ECC e 32 (8x4) para não-ECC.
ECC vs não-ECC
Módulos que possuem código de correção de erros são rotulados como ECC. Módulos sem código de correção de erros são rotulados como não ECC.
Clock
Latência CAS (CL), tempo de ciclo de clock (tCK), tempo de ciclo de linha (tRC), tempo de ciclo de atualização de linha (RFC), tempo de linha ativa (tRAS).
Buffering
Registrado (ou em buffer) vs sem buffer.
Embalagem
Normalmente DIMM ou SO-DIMM.
Consumo de energia
Um teste com RAM DDR e DDR2 em 2005 descobriu que o consumo méido de energia parecia ser da ordem de 1-3W por módulo de 512MB; isso aumenta com a taxa de clock e quando em uso, em vez de inativo.[15] Um fabricante produziu calculadoras para estimar a potência usada por vários tipos de RAM.[16]

As características do módulo e do chip estão inerentemente vinculadas.

A capacidade total do módulo é um produto da capacidade de um chip e do número de chips. Os módulos ECC multiplicam por 8/9 porque usam 1 bit por byte (8 bits) para correção de erros. Um módulo de qualquer tamanho específico pode, portanto, ser montado a partir de 32 pequenos chips (36 para memória ECC) ou 16 (18) ou 8 (9) chips maiores.

A largura do barramento de memória DDR por canal é de 64 bits (72 para memória ECC). A largura total de bits do módulo é um produto de bits por chip e número de chips. Também é igual ao número de classificações (linhas) multiplicado pela largura do barramento de memória DDR. Consequentemente, um módulo com um número maior de chips ou usando x8 chips em vez de x4 terá mais classificações.

Exemplo: Variações de 1 GB PC2100 registrado módulo DDR SDRAM com ECC
Tamanho do módulo (GB) Número de chips Tamanho do chip (Mbit) Organização de chips Número de classificações
1 36 256 64M×4 2
1 18 512 64M×8 2
1 18 512 128M×4 1

Este exemplo compara diferentes módulos de memória de servidor do mundo real com um tamanho comum de 1 GB. Definitivamente, deve-se ter cuidado ao comprar módulos de memória de 1GB, porque todas aessas variações podem ser vendidas em uma posição de preço sem declarar se são x4 ou x8, classificação simples ou dupla.

Existe uma crença comum de que o número de classificações do módulo é igual ao número de lados. Como mostram os dados acima, isso não é verdade. Também é possível encontrar módulos de 2 lados / 1 classificação. Pode-se até pensar em um módulo de memória de 1 lado / 2 posições com 16 (18) chips em um únido lado x8 cada, mas é improvável que tal módulo tenha sido produzido.

Características do chip[editar | editar código-fonte]

A matriz de um pacote Samsung DDR-SDRAM de 64 MBit
Densidade DRAM
O tamanho do chip é medido em Megabits. A maioria das placas-mãe reconhecem apenas módulos de 1GB se eles contiverem chips de 64M x8 (baixa densidade). Se forrem usados módulos de 1GOB de 128M x4 (alta densidade), eles provavelmente não funcionarão. O padrão JEDEC permite 128M x4 apenas para módulos registrados projetados especificamente para servidores, mas alguns fabricantes genéricos não estão em conformidade.[17]
Organização
A notação como 64M x4 significa que a matriz de memória tem 64 milhões (o produto de bancos x linhas x colunas) locais de armazenamento de 4 bits. Existem chips DDR x4, x8 e x16. Os chips x4 permitem o uso de recursos avançados de correção de erros, como Chipkill, Memory scrubbing e Intel SDDC em ambientes de servidor, enquanto os chips x8 e x16 são um pouco mais baratos. Os chips x8 são usados principalmente em desktops/notebooks, mas estão entrando no mercado de servidores. Normalmente existem 4 bancos e apenas uma linha pode estar ativa em cada banco.

Especificação de SDRAM de taxa de dados dupla (DDR)[editar | editar código-fonte]

Da cédulo JCB-99-70, e modificada por várias outras cédulas da diretoria, formuladas sob o conhecimento do Comitê JC-42.3 sobre Parametrização de DRAM.

Registro de revisão do padrão nº79:

  • Versão 1, Junho de 2000
  • Versão 2, Maio de 2002
  • Versão C, Março de 2003 – Padrão JEDEC Nº 79C.[18]

"Este padrão abrangente define todos os aspectos necessários de SDRAMs de 64Mb a 1Gb DDR com interfaces de dados X4/X8/X16, incluindo recursos, funcionalidade, parâmetros ac e dc, pacotes e atribuições de pinos. Esse escopo será posteriormente expandido para se aplicar formalmente a dispositivos x32 e dispositivos de densidade mais alta também."

Organização[editar | editar código-fonte]

PC3200 é DDRM SDRAM projetado para operar a 200MHz usando chips DDR-400 com largura de banda de 3.200MB/s. Com a memória PC3200 transfere dados nas bordas de clock de subida e descida, sua taxa de clock efetiva é de 400MHz.

Módulos PC3200 não ECC de 1GB são normalmente feitos com 16 chips de 512 Mbit, 8 em cada lado (512 Mbits x 16 chips)/(8 bits (por byte)) - 1.024 MB. Os chips individuais que constituem um módulo de memória de 1 GB são geralmente organizados como 226 palavras de 8 bits, comumente expressas como 64M x8. A memória fabricada dessa forma é RAM de baixa densidade e geralmente é compatível com qualquer placa-mãe que especifique memória DDR-400 PC3200.[19]

Gerações[editar | editar código-fonte]

O DDR (DDR1) foi substituído pelo DDR2 SDRAM, que teve modificações para maior frequência de clock e novamente dobrou a taxa de tranferência, mas opera no mesmo princípio do DDR. Competindo com a DDR2 estava a Rambus XDR DRAM. DDR2 dominou devido a fatores de custo e suporte. A DDR2, por sua vez, foi substituída pela DDR3 SDRAM, que ofereceu melhor desempenho para aumentar a velocidade do barramento e novos recursos. O DDR3 foi substituído pelo DDR4 SDRAM, que foi produzido pela primeira vez em 2011 e cujos padrões ainda estavam em evolução (2012) com mudanças arquitetônicas significativas.

A profundidade do buffer de pré-busca do DDR é 2 (bits), enquanto o DDR2 usa 4. Embora as taxas de clock efetivas do DDR2 sejam maiores do que o DDR, o desempenho geral não era melhor nas implementações iniciais, principalmente devido às altas latências dos principais módulos DDR2. O DDR2 começou a ser eficaz no final de 2004, à medida que módulos com latências mais baixas se tornaram disponíveis.[20]

Os fabricantes de memória declararam que era impraticável produzir em massa memória DDR1 com taxas de transferência efetivas superiores a 400MHz (ou seja, 400 MT/s e 200MHz de clock externo) devido às limitações internas de velocidade. O DDR2 começa de onde o DDR1 parou, utilizando taxas de clock internas semelhantes ao DDR1, mas está disponível em taxas de transferência efetivas de 400MHz e superiores. Os avanços do DDR3 ampliaram a capacidade de preservar as taxas de clock interno, ao mesmo tempo em que fornecem taxas de transferência efetivas mais altas, dobrando novamente a profundidade de pré-busca.

A SDRAM DDR4 é uma memória de acesso aleatório dinâmica de alta velocidade configurada internamente como 16 bancos, 4 grupos de bancos com 4 bancos par cada grupo de banco para x4/x8 e 8 bancos, 2 grupos de banco com 4 bancos para cada grupo de banco DRAM x16. A SDRAM DDR4 usa uma arquitetura de pré-busca de 8n para obter operação em alta velocidade. A arquitetura de pré-busca de 8n é combinada com uma interface projetada para transferir duas palavras de dados por ciclo de clock nos pinos de E/S. Uma única operação de leitura ou gravação para o DDR4 SDRAM consiste em uma única transferência de dados de 4 clocks de largura de 8n bits no núcleo DRAM interno e 8 transferências de dados de meio ciclo de clock de largura de n correspondentes nos pinos I/O.[21]

RDRAM era uma alternativa particularmente cara para DDR SDRAM, e a maioria dos fabricantes abandonou o suporte de seus chipsets. Os preços da memória DDR1 aumentaram substancialmente desde o segundo trimestre de 2008, enquanto os preços da DDR2 caíra. Em janeiro de 2009, 1GB DDR1 era 2-3 vezes mais caro do que 1GB DDR2.

Comparação de gerações DDR SDRAM
Nome Ano de
lançamento
Chip Barramento Tensão elétrica
(V)
Pinos
Gen Padrão Taxa de clock
(MHz)
Tempo de ciclo
(ns)
Pré-busca Taxa de clock
(MHz)
Taxa de transferência
(MT/s)
Largura de banda
(MB/s)
DIMM SO-
DIMM
Micro-
DIMM
DDR DDR-200 2001–2005 100 10 2n 100 200 1600 2.5 184 200 172
DDR-266 133 7.5 133 266 2133⅓
DDR-333 166⅔ 6 166⅔ 333 2666⅔
DDR-400 200 5 200 400 3200 2.6
DDR2 DDR2-400 2006–2010 100 10 4n 200 400 3200 1.8 240 200 214
DDR2-533 133⅓ 7.5 266⅔ 533⅓ 4266⅔
DDR2-667 166⅔ 6 333⅓ 666⅔ 5333⅓
DDR2-800 200 5 400 800 6400
DDR2-1066 266⅔ 3.75 533⅓ 1066⅔ 8533⅓
DDR3 DDR3-800 2011–2015 100 10 8n 400 800 6400 1.5/1.35 240 204 214
DDR3-1066 133⅓ 7.5 533⅓ 1066⅔ 8533⅓
DDR3-1333 166⅔ 6 666⅔ 1333⅓ 10666⅔
DDR3-1600 200 5 800 1600 12800
DDR3-1866 233⅓ 4.29 933⅓ 1866⅔ 14933⅓
DDR3-2133 266⅔ 3.75 1066⅔ 2133⅓ 17066⅔
DDR4 DDR4-1600 2016–2020 200 5 8n 800 1600 12800 1.2/1.05 288 260 -
DDR4-1866 233⅓ 4.29 933⅓ 1866⅔ 14933⅓
DDR4-2133 266⅔ 3.75 1066⅔ 2133⅓ 17066⅔
DDR4-2400 300 3⅓ 1200 2400 19200
DDR4-2666 333⅓ 3 1333⅓ 2666⅔ 21333⅓
DDR4-2933 366⅔ 2.73 1466⅔ 2933⅓ 23466⅔
DDR4-3200 400 2.5 1600 3200 25600
DDR5 DDR5-3200 2021–2025 200 5 16n 1600 3200 25600 1.1 288
DDR5-3600 225 4.44 1800 3600 28800
DDR5-4000 250 4 2000 4000 32000
DDR5-4800 300 3⅓ 2400 4800 38400
DDR5-5000 312½ 3.2 2500 5000 40000
DDR5-5120 320 3⅛ 2560 5120 40960
DDR5-5333 333⅓ 3 2666⅔ 5333⅓ 42666⅔
DDR5-5600 350 2.86 2800 5600 44800
DDR5-6400 400 2.5 3200 6400 51200

DDR Móvel[editar | editar código-fonte]

MDDR é um acrônimo que algumas empresas usam para Mobile DDR SDRAM, um tipo de memória usado em alguns dispositivos eletrônicos portáteis, como telefones celulares, handhelds e reprodutores de áudio digital. Por meio de técnicas que incluem fornecimento de tensão reduzida e opções de atualização avançadas, o Mobile DDR pode alcançar maior eficiência energética.

Ver também[editar | editar código-fonte]

Referências

  1. Northwest Logic DDR Phy datasheet Arquivado 2008-08-21 no Wayback Machine
  2. «Memory Interfaces Data Capture Using Direct Clocking Technique (Xilinx application note)» (PDF). xilinx.com 
  3. B. Jacob; S. W. Ng; D. T. Wang (2008). Memory Systems: Cache, DRAM, Disk. [S.l.]: Morgan Kaufmann. p. 333. ISBN 9780080553849 
  4. H. L. Kalter; C.H Stapper; J. E Barth;J. Dilorenzo; C. E. Drake;J. A. Fifield; G. A. Kelley; S. C. Lewis; W. B. van der Hoeven; J. A. Jankosky (1990). «A 50-ns 16-Mb DRAM with a 10-ns data rate and on-chip ECC». IEEE Journal of Solid-State Circuits. 25 (5). p. 1118. Bibcode:1990IJSSC..25.1118K. doi:10.1109/4.62132 
  5. «Samsung 30 nm Green PC3-12800 Low Profile 1.35 V DDR3 Review». TechPowerUp. 8 de março de 2012. Consultado em 13 de dezembro de 2021 
  6. «Samsung Electronics Develops First 128Mb SDRAM with DDR/SDR Manufacturing Option». Samsung Electronics. Samsung. 10 de fevereiro de 1999. Consultado em 13 de dezembro de 2021 
  7. «Samsung Electronics Comes Out with Super-Fast 16M DDR SGRAMs». Samsung Electronics. Samsung. 17 de setembro de 1998. Consultado em 13 de dezembro de 2021 
  8. «Samsung Demonstrates World's First DDR 3 Memory Prototype». Phys.org (em inglês). 17 de fevereiro de 2005. Consultado em 13 de dezembro de 2021 
  9. «History: 1990s». SK Hynix. Consultado em 13 de dezembro de 2021. Cópia arquivada em 6 de julho de 2019 
  10. «The Love/Hate Relationship with DDR SDRAM Controllers» 
  11. «Iwill Reveals First DDR Motherboard - PCStats.com». www.pcstats.com. Consultado em 13 de dezembro de 2021. Arquivado do original em 7 de novembro de 2016 
  12. tempo de click é o inverso da frequência do clock do barramento de E/S; por exemplo, 1/(100 MHz) = 10 ns por ciclo de clock.
  13. «DOUBLE DATA RATE (DDR) SDRAM STANDARD - JEDEC». www.jedec.org 
  14. «What is the difference between PC-2100 (DDR-266), PC-2700 (DDR-333), and PC-3200 (DDR-400)?». Micron Technology, Inc. Consultado em 16 de dezembro de 2021. Arquivado do original em 3 de dezembro de 2013 
  15. «Power Distribution within Six PCs». 30 de agosto de 2005. Consultado em 28 de dezembro de 2021. Cópia arquivada em 16 de março de 2010 
  16. «Micron: System Power Calculators». Consultado em 28 de dezembro de 2021. Cópia arquivada em 26 de janeiro de 2016 
  17. «Low Density vs High Density memory modules». ebay.com. Consultado em 28 de dezembro de 2021. Arquivado do original em 3 de março de 2012 
  18. https://www.jedec.org/document_search?search_api_views_fulltext=79C DOUBLE DATA RATE (DDR) SDRAM SPECIFICATION (Release F)
  19. «Per bytes RAM memory access». Super User. Consultado em 28 de dezembro de 2021 
  20. «DDR2 vs. DDR: Revenge Gained». 17 de dezembro de 2004. Consultado em 28 de dezembro de 2021. Cópia arquivada em 21 de novembro de 2006 
  21. «DDR4 SDRAM Standard JESD79-4B» 

Ligações externas[editar | editar código-fonte]