Orbis pictus 21. století

1. Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu Orbis pictus 21. století

2. Vývoj modulů DRAM a operační paměti OB21-OP-EL-KONP-JANC-M-3-009

3. Paměťové moduly • Základem každého DRAM paměťového modulu je paměťový čip. • Prosadila se architektura, která sdružuje několik čipů na jednom paměťovém modulu. Důvodem je cena a škálovatelnost této koncepce. • Moduly i jednotlivé typy pamětí se liší kapacitou, rychlostí, časováním, spotřebou elektrické energie a typickým použitím.

4. Paměťové moduly • Paměťové čipy jsou dnes umístěny na modulu obvykle s dalším čipem, s takzvaným SPD (Serial Presence Detect). • V něm jsou uloženy standardní informace o paměti jako: • její konfigurace, • pracovní napětí, • časování pro určitou pracovní frekvenci pamětí, • apod. • SPD má poskytnout optimální chod na většině systémů.

5. Základní specifikace pamětí Kapacita paměti • Dnes jsou čipy s velikostí 256 a 512 Mbit. • Na jednom DIMM modulu je obvykle osm nebo šestnáct paměťových čipů. Frekvence paměti • Frekvence pamětí a latence (jinak také řečeno časování) mají určující vliv na výkon pamětí. • Dosažitelné frekvence pamětí se liší podle technologie výroby a pamětí samotných

6. Základní specifikace pamětí • Jedním z milníků posledních let v oblasti pamětí byl přechod na technologii DDR. • Díky přenosu dat na obou hranách signálu se s technologií DDR SDRAM zvýšila efektivní rychlost téměř dvojnásobně při stejné frekvenci vůči SDRAM pamětem.

7. Základní specifikace pamětí Změny frekvence čipů vzhledem k DRAM technologii

8. Základní specifikace pamětí Latence • Časování nebo také „zpoždení“. • Výkon pamětí nedefinuje jen šířka paměťové sběrnice nebo její frekvence, ale také časování pamětí. • Pokud chceme z nebo do paměti přenášet data, jistou dobu trvá, než nám to bude umožněno a data se do paměti zapíší nebo z paměti přečtou. • Časování a latence se udávají v hodinových cyklech a běžně se označují „T“. Protože se jedná o zpoždění, které prodlužují čas k přečtení nebo uložení dat, je optimální držet jej co nejníže.

9. Základní specifikace pamětí Napájecí napětí • Vzhledem k vývoji výrobní technologie pro čipy pamětí dochází ke snižování pracovního napětí pamětí, což se samozřejmě pozitivně promítne na spotřebě modulů a na energetické náročnosti. • Spotřeba na bit paměti tak stále klesá, což je výborné zejména pro trh mobilních počítačů.

10. Přehled technologií DRAM pamětí • FPM • EDO • SDRAM • RDRAM • DDR SDRAM • DDR2 SDRAM • DDR3 SDRAM

11. Přehled technologií DRAM pamětí • Specifikace SDRAM: • PC66 – PC133 • pracovní frekvence: 66 – 133 MHz • propustnost: 533 - 1066 MB/s • 168 pinů • napájecí napětí: 3.3 V • kapacita: ještě dnes běžně dostupná v kapacitách od 64 do 512 MB

12. Přehled technologií DRAM pamětí • Specifikace RDRAM: • PC600 – PC1200 • pracovní frekvence: 300 - 600 MHz • propustnost: 1200 – 2400 MB/s (v případě dvou kanálů na modul a 242 pin verze až 4800 MB/s) • 184 pinů • napájecí napětí: 1.8 V • kapacita: 64 – 512 MB

13. Přehled technologií DRAM pamětí DDR SDRAM • DDR (Double Data Rate) SDRAM je na trhu od roku 2000. • Startovací frekvence jsou od 266MHz, které se označují standardem DDR266. • Poslední standard uznaný podle JEDEC je DDR400 (PC3200) SDRAM DIMM. • Poptávka po rychlé DDR paměti a váhání v případě úpravy standardů (vydávané organizací JEDEC) způsobily, že na trhu je řada modulů neodpovídající specifikacím.

14. Přehled technologií DRAM pamětí DDR SDRAM • Maximální rychlosti technologie DDR se pohybují okolo 600MHz efektivně, ale obvykle je pro jejich dosažení nutné značně vysoké napájecí napětí (i přes 3 V). • Kromě DDR existuje i nízkonapěťová verze DDR pamětí LPDDR, které mají napájecí napětí mezi 1.8 – 1.9 V a vykazují až o 40% nižší spotřebu.

15. Přehled technologií DRAM pamětí • Specifikace DDR SDRAM: • DDR200 - DDR400 • pracovní frekvence: 200 – 400 MHz efektivně • propustnost: 1,6 - 3,2 GB/s • 184 pinů • napájecí napětí: 2.5 V (2.6 V pro DDR400) • 2-bit prefetch • kapacita: 64 MB až 2 GB

16. Přehled technologií DRAM pamětí DDR2 SDRAM • Nástupce DDR pamětí. Slibuje zejména vyšší dosažitelné frekvence a vyšší propustnost. • Díky nižšímu napájecímu napětí mají DDR2 paměti také nižší spotřebu. • Nevýhodou DDR2 je mírně horší časování oproti DDR. • V případě nejvýkonnějších dostupných modulů se frekvence pohybuje až okolo 1111 MHz.

17. Přehled technologií DRAM pamětí • Specifikace DDR2 SDRAM: • DDR2-400 – DDR2-800 • pracovní frekvence: 400 – 800 MHz efektivně • propustnost: 3.2 – 6.4 GB/s • 240 pinů • napájecí napětí: 1.8 V (maximálně 1.9 V) • 4-bit prefetch • kapacita: 128 MB až 8 GB

18. Přehled technologií DRAM pamětí DDR3 SDRAM • Dalším počinem na poli DDR je standard DDR3. • Známé je zejména pracovní napětí 1.5 V a opět vyšší dosažitelné frekvence. • Řádově se počítá s frekvencemi okolo 800 – 1600 MHz efektivně a s propustností k 12.8 GB/s. • Opět dojde ke snížení spotřeby, ale latence jsou zase o něco vyšší, než v případě DDR2.

19. Přehled technologií DRAM pamětí • Specifikace DDR3 SDRAM: • DDR3-800 - DDR3-1600 • pracovní frekvence 800 – 1600 MHz efektivně • propustnost 6.4 GB/s – 12.8 GB/s • 240 pinů • napájecí napětí 1.5 V • kapacita: 512 MB – 8 GB

20. Typy a provedení paměťových modulů • DIP PC XT • SIPP PC AT (80286) • SIMM PC 80386, 80486, Pentium • DIMM Pentium, Pentium II a další

21. Typy a provedení paměťových modulů SIMM • SIMM (Single In-line Memory Module) označuje moduly, respektive typ kontaktů modulu. • U SIMMů jsou obě strany modulů stejné (a kontaktní plošky jsou tedy redundantní). • Plusem byla i snažší instalace oproti SIPP pamětem a menší mechanická zranitelnost.

22. Typy a provedení paměťových modulů • SIMM moduly můžeme rozdělit na „krátké“ a „dlouhé“: • SIMM 30-pin - obvykle se používala FPRAM. Běžně používané v časovém období architektur 286 – 486. • SIMM 72-pin - jinak také nazývané „PS/2 SIMM“, obvykle se používala paměť typu EDO DRAM, případně FPRAM (Fast Page Mode DRAM). • Datová šíře je u SIMMů 8, respektive 32 bitů. SIMM moduly se používaly i za dob Pentia II, ale to již jen výjimečně. • Vzhledem k datové šířce se podle konkrétního nasazení používaly 2 nebo 4 moduly najednou.

23. Moduly DIP, SIPP, SIMM 30-pin, SIMM 72-pin

24. Typy a provedení paměťových modulů DIMM • DIMM (Dual In-line Memory Module). Všechny novější paměti jsou umístěny na modulech typu DIMM. • Mohou být osazené paměťmi EDO DRAM, SDRAM, DDR SDRAM a novějšími. • Existuje i řada dalších verzí DIMM pamětí pro všechny zmíněné technologie. Jak pro mobilní segment nebo specifické nasazení, jako například SO DIMM, Micro DIMM a řada dalších.

25. Typy a provedení paměťových modulů DIMM • Standardní, zde uváděný počet pinů, je pro „unbuffered“ paměti pro osobní počítače: • DIMM 168-pin - (SDRAM) • DIMM 184-pin - (DDR SDRAM) • DIMM 240-pin - (DDR2 SDRAM) • DIMM 240-pin - (DDR3 SDRAM)

26. Moduly DIMM 168 pin, DDR DIMM 184 pinů

27. Srovnání DDR2 SDRAM a prototypu DDR3 SDRAM DIMMů

28. Typy a provedení paměťových modulů RIMM • RIMM neboli (Rambus Inline Memory Module) se používají pro RDRAM paměti firmy Rambus. • Na první pohled je modul velice podobný DIMMům. • Nejběžnější je varianta s 184 piny, případně 242 piny u 32-bit „dual channel“ modulů.

29. Typy a provedení paměťových modulů Rambus DRAM RIMM

30. Děkuji za pozornost Ing. Ladislav Jančařík

31. Literatura • M. Antošová, V. Davídek: Číslicová technika, KOPP České Budějovice 2008 • http://www.svethardware.cz/art_doc-53D8F3993772ECFBC1257205005DA285.html