RDRAM (Rambus DRAM)

Материал из Национальной библиотеки им. Н. Э. Баумана
Последнее изменение этой страницы: 15:48, 18 декабря 2016.

RDRAM (англ. Rambus DRAM)— стандарт синхронной динамической оперативной памяти, разработанный компанией Rambus в сотрудничестве с Intel в 1996 году. Rambus DRAM разработан для приложений с высокой пропускной способностью и позиционируется Rambus в качестве замены для различных видов современных типов памяти, таких как SDRAM. [1]

RDRAM память со встроенным теплораспределителем

История

В ноябре 1996 года Rambus заключила контракта на разработку и лицензирование с Intel.Intel объявила , что она поддерживает только интерфейс памяти Rambus для своих микропроцессоров, и было предоставлено право на приобретение одного миллиона акций акций Rambus по цене 10 $ за акцию. К концу лета 1999 года, у компании Intel было несколько готовых материнских плат на Intel 850 от крупнейших тайванских производителей. На сентябрьском IDF процессорный гигант вновь продемонстрировал рабочую систему с RDRAM 800 МГц.[1].

За две недели до выхода платформы Intel 850 в интернете появились спецификации новых моделей материнских плат ASUS, AOpen, ABIT и Chaintech. Но за два дня до презентации чипсета компания Intel перенесла его представление в связи с обнаружением в нём ошибки — т. н. memory bit error. Тем не менее, RDRAM был втянут в данную конкуренцию с альтернативой технологией,DDR SDRAM.Данный чипсет быстро потерял свою производительность на основании цены. Примерно к 2003 году RDRAM перестал поддерживаться на персональных компьютерах. Потери компаний, по приблизительным оценкам составили около 100 млн долларов США.

Право использовать RDRAM-планки лицензировали такие компании, как LG Semicon, Samsung, Mitsubishi. Позже к ним присоединилась компания AMD. RDRAM используется в приставках PlayStation 2 и PlayStation 3.

Принцип работы

Принцип работы RDRAM

Технология Direct Rambus DRAM, разработанная компанией Rambus, представляет собой высокоскоростную замкнутую систему функционирования, которая имеет свою адаптированную логику управления и точно рассчитанные параметры. DRDRAM позволяет достичь очень больших пиковых скоростей передачи данных: до 1.6 Гбайт/с на один канал и до 6.4 Гбайт/с при четырех каналах. Вся подсистема состоит из следующих компонентов: основной контроллер (RMC — Rambus Memory Controller), канал (RC — Rambus Channel), разъем для модулей (RRC - Rambus RIMM Connector), модуль памяти (RIMM — Rambus In-line Memory Module), генератор дифференциальных синхроимпульсов (DRCG — Direct Rambus Clock Generator) и сами микросхемы памяти (RDRAM — Rambus DRAM). Физические, электрические и логические принципы и согласования, применяемые в системе, определены компанией Rambus и должны строго выполняться всеми производителями для соблюдения абсолютной совместимости ее частей, так она функционирует на очень большой частоте 600/711/800 МГц, синхронизируясь сигналом 300/350/400 MГц соответственно.[2]

Протокол Direct Rambus

Сигнальный протокол Direct Rambus основан на новом электрическом интерфейсе RSL (Rambus Signaling Levels), дающем возможность при помощи технологии удвоенной передачи данных (DDR — Double Data Rate) получить результирующую частоту 600/711/800 MГц и использовать стандартный CMOS-интерфейс сигналов управления ядра ASIC (Application Specific Integrated Circuit). Высокоскоростной протокол сигналов RSL использует низковольтный размах (Swing) номинальных напряжений логического "0" (VOH=1.8 В) и логической "1" (VOL=1.0 В) с разностью 0.8 В (VCOS=VOH-VOL). За счет внешнего опорного напряжения (VREF=1.4 В) стандартного CMOS-интерфейса, генерирующегося при помощи резистивного делителя, логические значения "0" и "1" представляются как 2.5 В (VOH,CMOS) и 1.7 В (VOL,CMOS) соответственно, т.е. разрядность составляет все те же 800 мВ, чтобы сохранить совместимость дискретизации уровней. Меры частотного "разнесения" сигнальных групп вынужденные, и направлены на разделение стандартных сигналов питания/контроля (CMOS), и высокоскоростных (RSL) командных сигналов и интерфейса приема/передачи данных для уменьшения паразитного воздействия ЭМИ и ВЧ-шумов коммутаций шины.

Память Direct RDRAM

Основная память PC

Первые материнские платы PC с поддержкой RDRAM дебютировали в конце 1999 года, после двух основных задержек. RDRAM был спорным во время его широкого использования компанией Intel, потому что имел высокие лицензионные сборы, высокую стоимость, имел собственный стандарт, и низкие эксплуатационные преимущества для увеличения стоимости. RDRAM и DDR SDRAM были вовлечены в войну стандартов. PC-800 RDRAM работает на частоте 400 МГц и поставляется 1600 Мб/с пропускной способности более чем 16-битной шиной. Он был упакован в 184-контактный разъем RIMM (Rambus в линию модуля памяти) форм-фактор, похожий на модуль DIMM (двойной модуль памяти в режиме онлайн). Данные передаются на обе стороны роста и падения края тактового сигнала, технологией, известной как DDR. Для того, чтобы подчеркнуть преимущества DDR, этот тип памяти продавался со скоростью в два раза фактической тактовой частоты, то есть 400 МГц. Это значительно быстрее, чем предыдущий стандарт. PC-133 SDRAM, которая работала на частоте 133 МГц и 1066 Мб/с с пропускной способности более чем 64-битной шине с использованием 168-контактных модулей DIMM форм-фактор.

RDRAM память со встроенным радиатором
Samsung RDRAM 6400 128 MB
Samsung RDRAM установленный вместе с Pentium 4 1.5 GHz

Кроме того, если материнская плата имеет подсистему двух- или четырехъядерных каналов памяти, все каналы памяти должны быть обновлены одновременно. 16-разрядные модули обеспечивают один канал памяти, в то время как 32-битные модули обеспечивают два канала. Таким образом, в материнскую плату для двухканального приема 16-битных модулей должны быть добавлены или удалены парные RIMMs . Двойной канал приема материнская плата с 32-битными модулями может иметь одиночные RIMMs. Обратите внимание, что в некоторых из более поздних 32-битных модулей было 232 контактов, по сравнению со старыми 184 контактов и 16 битных модулей.

Технические характеристики модулей

Название Ширина шины (бит) Каналы Тактовая частота (МГц) Пропускная способность (МБ/с)
PC600 16 Single 266 1066
PC700 16 Single 355 1420
PC800 16 Single 400 1600
PC1066 (RIMM 2100) 16 Single 533 2133
PC1200 (RIMM 2400) 16 Single 600 2400
RIMM 3200 32 Dual 400 3200
RIMM 4200 32 Dual 533 4200
RIMM 4800 32 Dual 600 4800
RIMM 6400 32 Dual 800 6400

Модули Continuity

Rambus continuity RIMM (CRIMM), также известный как терминатор или манекен

Конструкция многих распространенных контроллеров памяти Rambus говорила, что модули памяти могут состоять из двух наборов. Все остальные открытые слоты памяти должны быть заполнены RIMMs continuity (CRIMMs.) Эти палочки не дают никакой дополнительной памяти, и только служат для передачи сигнала к согласующим резисторам на материнской плате, где сигналы будут отражаться.

Производительность

По сравнению с другими современными стандартами, Rambus показала увеличение задержки, тепловой мощности, сложность производства и стоимость. Из-за более сложного интерфейса, схем и увеличения числа блоков памяти, размер RDRAM матрицы был больше, чем у современных чипов SDRAM, а также приводит к 10-20-процентной надбавки к цене на 16 Мбит плотности. Следует отметить, что наиболее распространены RDRAM 128 Мбит и 256 Мбит.

PC-800 RDRAM работает с задержкой 45 нс, больше, чем у других SDRAM. Чипы памяти RDRAM также выделяют значительно больше тепла, чем SDRAM чипы, что требует радиаторов на всех устройствах RIMM. RDRAM включает в себя дополнительные схемы (например, демультиплексоры) на каждом кристалле, увеличивая сложность производства по сравнению с SDRAM. RDRAM был также до четырех раз дешевле на PC-133 SDRAM за счет сочетания более высоких производственных затрат и высокой стоимости лицензии. PC-2100 DDR SDRAM, введенный в 2000 году, работает с тактовой частотой 133 МГц и скоростью 2100 Мб / с по 64-битной шине с использованием 184-контактный форм-фактор DIMM.

С введением Intel 840 (Pentium III), Intel 850 (Pentium 4), Intel 860 (Pentium 4 Xeon), в Intel была добавлена поддержка двухканальной PC-800 RDRAM, удваивая пропускную способность до 3200 Мбайт / с за счет увеличения ширины шины до 32 бит. Вслед за этим в 2002 году набор микросхем Intel 850E, которые представили PC-1066 RDRAM, увеличили общую пропускную способность до 4200 МБ/с. В 2002 году Intel выпустила чипсет E7205 Granite Bay, который представил двухканальную DDR-поддержку с общей пропускной способностью 4200 Мб/с - с несколько меньшей задержкой, чем у конкурирующих RDRAM. Полоса пропускания Granite Bay, что соответствует чипсету i850E с помощью PC-1066 DRDRAM со значительно меньшими задержками.

Для достижения тактовой частоты 800 МГц RDRAM, модуль памяти работает на 16-битной шине вместо 64-битной шины в современной SDRAM DIMM. В момент запуска Intel 820 некоторые RDRAM модули работают со скоростью менее 800 МГц.

Контрольные показатели

Эталонные тесты, проведенные в 1998 и 1999 годах показали, что большинство повседневных для запуска приложений медлительнее с RDRAM. В 1999 году контрольные показатели сравнения RDRAM Intel 840 и Intel 820 с набором микросхем Intel 440BX SDRAM привели к выводу, что прирост производительности RDRAM не оправдал его стоимость по сравнению SDRAM. В 2001 году тесты указали, что одноканальные DDR266 SDRAM модули могут точно соответствовать двухканальным RDRAM 800 МГц в повседневных приложениях.

История маркетинга

В ноябре 1996 года Rambus заключила контракт на разработку лицензии с Intel. Intel объявила, что она поддерживает только интерфейс памяти Rambus для своих микропроцессоров, и было предоставлено право на приобретение одного миллиона акций акций Rambus по цене $ 10 за акцию. В качестве стратегии перехода, Intel планирует поддержать PC-100 SDRAM модулей DIMM на будущих Intel 82x, с использованием наборов микросхем памяти переводов Hub (MTH). В 2000 году Intel напомнил о материнской плате Intel 820, который показал MTH из-за случайных вхождений подвешивания и спонтанных перезагрузок, вызванных одновременным шумом переключения. С тех пор материнские платы производства Intel 820 не содержат MTH. В 2000 году Intel начали субсидировать DRDRAM связывая розничные коробки Pentium 4 с двумя RIMMs. Intel начала поэтапно отказываться от этих субсидий в 2001 году В 2003 году Intel представила 865 и 875 наборные микросхемы с двухканальной поддержкой DDR SDRAM, которая предлагалась в качестве высокого класса замены чипсета 850. Кроме того, будущая карта памяти не включает DRDRAM.

Интерфейсы электронной памяти

Память RDRAM (Rambus DRAM) имеет синхронный интерфейс, существенным образом отличающийся от вышеописанного. Запоминающее ядро этой памяти по­строено на все тех же КМОП-ячейках динамической памяти, но пути повышения производительности интерфейса совершенно иные. Подсистема памяти (ОЗУ) RDRAM состоит из контроллера памяти, канала и собственно микросхем памяти. По сравнению с DDR SDRAM, при той же производительности RDRAM имеет более компактный интерфейс и большую масштабируемость. Разрядность ОЗУ RDRAM (16 байт) не зависит от числа установленных микросхем, а число банков,доступных контроллеру, и объем памяти суммируются по всем микросхемам канала. При этом в канале могут присутствовать микросхемы разной емкости в любых сочетаниях.[3]

Ядро микросхемы

Запоминающее ядро микросхем имеет многобанковую организацию — 64-мегабитные микросхемы имеют 8 банков, 256-мегабитные — 32 банка. Каждый банк имеет собственные усилители считывания, благодаря чему в микросхеме может быть активировано несколько банков. Для сокращения числа усилителей применяют и их разделение (совместное использование) парой смежных байт, что накладывает ограничения на их совместную активацию (до активации банка его смежник должен быть заряжен). Разрядность ядра 16 байт — 128 или 144 (с контрольными разрядами) бит. Ядро работает на 1/8 частоты канала, взаимодействие с ядром осуществляется по внутренним сигналам RAS и CAS. В современных RDRAM применяются ячейки памяти с временем доступа 40-53 нс.

Rambus Channel

Канал RDRAM (Rambus Channel) представляет собой последовательно-парал­лельную шину. Такая организация позволяет ограничить количество линий интерфейса, что, в свою очередь, позволяет упорядочить разводку проводников ради повышения частоты передачи сигналов. Небольшое количество сигналов дает возможность выровнять задержки распространения сигналов по разным линиям и применить сверхбыстродействующие интерфейсные схемы. Тактовая частота канала — до 400 МГц, стробирование информации осуществляется по обо­им фронтам синхросигнала. Таким образом, пропускная способность одной ли­нии составляет 800 Мбит/с. Канал состоит из 30 основных линий с интерфейсом RSL (Rambus System Logic) и 4 вспомогательных линий КМОП, используемых для инициализации микросхем. Структура канала изображена на рис. 7.8. На канале может быть установлено до 32 микросхем, все микросхемы соединяются парал­лельно. Для того чтобы контроллер мог адресоваться к определенной микросхе­ме, каждой из них назначается уникальный адрес DEVID. Нумерация микросхем (Device Enumeration) осуществляется в процессе инициализации, который выпол­няется с использованием вспомогательного последовательного КМОП-интерфейса. Этот интерфейс имеет линии синхронизации SCK, команд CMD данных SIO.

Отличие памяти от предыдущих поколений

RDRAM vs DDR SDRAM

Можно выделить три основных отличия этой памяти от памяти предыдущих поколений:

  1. увеличение тактовой частоты за счет сокращения разрядности шины;
  2. одновременная передача номеров строки и столба ячейки;
  3. увеличение количества банков для усиления параллелизма.

Подобные нововведения теоретически могут дать неплохой прирост производительности, однако имеют и значительные недостатки.

Повышение тактовой частоты вызывает резкое усиление всевозможных помех и в первую очередь электромагнитной интерференции, интенсивность которой в общем случае пропорциональна квадрату частоты. Это обстоятельство налагает чрезвычайно жесткие ограничения на топологию и качество изготовления печатных плат модулей микросхемы, что значительно усложняет технологию производства и себестоимость памяти. С другой стороны, уровень помех можно значительно понизить, если сократить количество проводников, т.е. уменьшить разрядность микросхемы. Именно по такому пути компания Rambus и пошла, компенсировав увеличение частоты уменьшением разрядности шины данных до 16 бит (плюс два бита на ECC). Таким образом, Direct RDRAM обгоняет DDR по частоте, но во столько же раз отстает от нее в разрядности. Но при этом себестоимость DDR заметно дешевле.

Второе преимущество RDRAM - одновременная передача номеров строки и столбца ячейки - при ближайшем рассмотрении оказывается вовсе не преимуществом, а конструктивной особенностью. Это не уменьшает латентности доступа к произвольной ячейке (т.е. интервалом времени между подачей адреса и получения данных), т.к. она, латентность, в большей степени определяется скоростью ядра, а RDRAM функционирует на старом ядре. Большое количество банков позволяет (теоретически) достичь идеальной конвейеризации запросов к памяти. Для потоковых алгоритмов последовательной обработки памяти это хорошо, но во всех остальных случаях RDRAM не покажет никаких преимуществ перед DDR-SDRAM, а то и обычной SDRAM. К тому же большой объем кэш-памяти современных процессоров позволяет обрабатывать подавляющее большинство запросов локально, вообще не обращаясь к основной памяти или просто откладывая это обращение. Производительность памяти реально ощущается лишь при обработке гигантских объемов данных, например редактировании изображений полиграфического качества в PhotoShop.[4]

Источники

  1. 1,0 1,1 Википедия [Электронный ресурс]: RDRAM / Дата обращения: 02.12.2016 — Режим доступа:https://en.wikipedia.org/wiki/RDRAM
  2. Compress [Электронный ресурс] : RDRAM по старой памяти/ Дата обращения: 02.12.2016 — Режим доступа: http://compress.ru/article.aspx?id=9452
  3. Rambus [Электронный ресурс] : Материал из https://www.rambus.com/ Дата обращения: 02.12.2016 — Режим доступа:https://www.rambus.com/memory-and-interfaces/rdram-memory-architecture/
  4. RDRAM [Электронный ресурс] : Материал из http://www.ixbt.com/ Дата обращения: 02.12.2016 — Режим доступа: http://www.ixbt.com/mainboard/rdram.shtml