Pamięć na przyszłość

Oprócz pamięci DDR2 i DDR3 o parametrach technicznych i prędkości pracy zgodnych z zaleceniami i wytycznymi organizacji standaryzującej JEDEC (patrz tabelka poniżej), producenci wytwarzają też moduły niestandardowe. Mają one wyższe częstotliwości taktowania i niższe timingi. Często pamięci te są przygotowywane specjalnie dla overclockerów. Wytwarza się je tak, że producent modułów pamięci (patrz ramka „Co to jest moduł DIMM?”) testuje całe partie układów RAM i wybiera z nich takie, które są w stanie działać z większymi prędkościami przy niższych timingach. Z takich „mocniejszych” układów RAM wytwarza następnie niestandardowe moduły, które, co oczywiste, są droższe.

Układy DDR3, tak jak moduły DDR2 oraz nadal sprzedawane DDR, są wykorzystywane w komputerze jako pamięć operacyjna RAM. Wszystkie trzy należą do grupy pamięci synchronicznych i dynamicznych SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory). Do swojej pracy wykorzystują sygnał podawany przez zegar systemowy. Ten sam zegar odpowiada też za taktowanie procesora oraz różnego rodzaju magistral znajdujących się w komputerze, np. PCI Express. Działanie pamięci SDRAM jest zsynchronizowane (stąd określenie ich jako „synchronicznych”) z pracą procesora, dzięki czemu przesyłanie danych z pamięci do procesora oraz w kierunku przeciwnym odbywa się szybciej niż w używanych wcześniej pamięciach asynchronicznych, które nie były związane w żaden sposób z zegarem taktującym.

Z kolei słowo „dynamiczny” w nazwie pamięci SDRAM bierze się stąd, że do działania wymagają one ciągłego, dynamicznego odświeżania zawartości ich komórek. W przeciwnym wypadku zgromadzone w nich informacje zostaną utracone. Sygnały odświeżające, które zapobiegają zniknięciu danych, podaje kontroler pamięci.

Pamięci DDR3 w porównaniu z poprzednikami mogą zapewnić szybszą komunikację z procesorem i krótszy czas odświeżania komórek pamięci, a więc bardziej komfortową pracę z komputerem. Nie dotyczy to jednak wszystkich modułów, a wynika z konstrukcji i sposobu działania tych układów.

W pamięciach DDR (Double Data Rate) dane i sygnały sterujące mogą być przesyłane dwukrotnie podczas jednego cyklu zegarowego. Oznacza to, że dla modułu DDR taktowanego zegarem o nominalnej częstotliwości 200 MHz tzw. efektywna częstotliwość jest dwa razy większa i wynosi 400 MHz. To właśnie efektywna częstotliwość jest podawana w nazwach układów pamięci. Uzyskanie takiego wyniku umożliwiają dwa wewnętrzne kontrolery pamięci, sterujące oddzielnymi potokami przesyłania danych. Pobierają one dane z różnych komórek pamięci, ponadto działają naprzemiennie, tzn. jeden nadaje sygnały wskazujące adres komórki, z której mają być pobrane dane, a drugi w tym czasie odbiera dane.

Podobne rozwiązanie konstrukcyjne wykorzystano w pamięciach DDR2. Podwojono w nich liczbę wewnętrznych kontrolerów w stosunku do DDR – są więc łącznie cztery, i tym samym zwiększono dwukrotnie ich wydajność w przesyłaniu danych z i do procesora w porównaniu z układami DDR. Zatem układ DDR2 pracujący z zegarem o nominalnej częstotliwości 200 MHz zapewnia efektywną częstotliwość aż 800 MHz.

Z kolei pamięci DDR3 mają dwukrotnie większą przepustowość niż DDR2, gdyż zastosowano w nich nie cztery, a osiem wewnętrznych kontrolerów. Dzięki temu moduł taktowany zegarem 200 MHz pracuje z efektywną częstotliwością taktowania 1600 MHz.
Podsumowując, moduły DDR, DDR2 i DDR3, taktowane tym samym zegarem, mają efektywne częstotliwości odpowiednio 2, 4 i 8 razy większe od tego zegara. Zatem przepustowość DDR2 powinna być dwa razy większa od przepustowości DDR, a przepustowość DDR3 – dwa razy większa od DDR2. Tak mówi teoria.

W praktyce okazuje się, że pamięci DDR3 nie są wcale dwa razy szybsze od DDR2. Przyczyną są opóźnienia (tzw. timingi), czyli liczba taktów zegara, które muszą upłynąć pomiędzy wykonaniem określonych operacji przez układ pamięci, np. między wskazaniem komórki, z której mają być pobrane dane, a ich przesłaniem do określonego miejsca. Dłuższe timingi spowolniają proces odczytu i zapisu danych.

Moduł DIMM (Dual In-Line Memory Module) to płytka montażowa, do której jest przylutowanych osiem (dziewięć w pamięciach do serwerów) układów pamięci RAM. Taką właśnie płytkę kupuje się w sklepie i montuje w komputerze. Jedna z krawędzi płytki jest wyposażona w styki (piny) służące do zasilania kości RAM i do przesyłania danych. Moduły pamięci DDR2 i DDR3 są do siebie podobne, ale mają w różnych miejscach nacięcie między stykami, co uniemożliwia montaż płytki pamięci w niewłaściwym gnieździe.

Tymczasem opóźnienia w pamięciach DDR3 są większe niż w DDR2. Standardowe opóźnienia dla pamięci DDR2 wynoszą 5-5-5-15, a w wielu modelach na rynku są znacznie niższe. Dla pamięci DDR3 opóźnienia wynoszą 7-7-7-15. Aby zatem pamięci DDR3 były w praktyce szybsze od DDR2, muszą mieć znacznie większą częstotliwość efektywną. Układ DDR2 800 MHz będzie zawsze szybszy od układu DDR3 800 MHz, a jak pokazały testy – na razie tylko minimalnie wolniejszy od DDR3 1066 MHz czy 1333 MHz.

Po co są zatem wprowadzane DDR3? Otóż górna granica efektywnych częstotliwości DDR2 – 800 MHz – jest dolną granicą częstotliwości DDR3. Te ostatnie mogą mieć częstotliwości, które były nie do osiągnięcia dla pamięci poprzedniej generacji, a więc 1066 MHz, 1333 MHz, 1600 MHz. Jest to możliwe dzięki temu, że pamięci DDR3 są wytwarzane w nowocześniejszym procesie produkcyjnym – 90 nm, podczas gdy DDR2 – w technologii 130 nm. Dzięki „obniżeniu” technologii produkcji w DDR3 stosuje się mniejsze tranzystory i ścieżki między nimi, więc przełączanie stanów tranzystorów (ze stanu zaporowego w stan przewodzenia, w którym odczytywana jest wartość komórki pamięci i odwrotnie) odbywa się szybciej, a tym samym układ może być taktowany z większą częstotliwością. Poza tym mniejsze tranzystory potrzebują mniej energii – napięcie zasilające wynosi 1,5 V w porównaniu z 1,8 V dla pamięci DDR2. To powoduje, że pamięci DDR3 pobierają o około 40 proc. mocy mniej niż pamięci DDR2.

Co ważne, pamięci DDR3 i DDR2, a także DDR nie są ze sobą kompatybilne. Do płyty głównej przystosowanej do pracy z chipsetem DDR2 nie da się włożyć pamięci DDR3 i na odwrót. Aby zapobiec włożeniu nieodpowiedniego modułu w niewłaściwe gniazdo na płycie głównej, moduły DIMM, na których znajdują się kości pamięci (patrz ramka), różnią się budową w zależności od typu pamięci, a moduł DIMM z pamięcią DDR ma nawet mniej pinów niż dwie pozostałe pamięci. Moduły DIMM pamięci DDR3 i DDR2 mają po 240 pinów, ale zastosowano na nich inny system nacięć. Otwór na krawędzi modułu DIMM DDR2 znajduje się po 112. pinie, a w module pamięci DDR3 po 96. pinie.

Pamięci DDR3 obecnie kosztują kilka razy drożej niż pamięci DDR2. Na przykład za moduł 1 GB pamięci DDR2 800 MHz CL 5-5-5-12 firmy GoodRAM zapłacimy 63 zł, a za kość 1 GB 1066 MHz DDR3 CL 7-7-7-21 tego samego producenta i o porównywalnej wydajności – 275 zł, czyli ponad cztery razy więcej. Można jednak znaleźć trochę tańsze układy 1 GB DDR3 1066. Na przykład A-data oferuje taki za niecałe 200 zł, a Patriot za niewiele ponad 150 zł. Przyczyną takich różnic może być np. to, że jedni producenci selekcjonują moduły do wydajniejszych układów, inni nie. Dodany radiator może podwyższać cenę. Część producentów zarabia na marżach, a część na wielkości sprzedaży – to zależy od polityki firmy.

Drugą, po cenie, przeszkodą w popularyzacji pamięci DDR3 jest skromna oferta płyt głównych, na których będą działać. Są one przeznaczone głównie dla zaawansowanych użytkowników i graczy. Oprócz płyt z chipsetem Nvidia 790i SLI Ultra, przystosowanym do współpracy z pamięciami DDR3 1333 MHz, na razie jeszcze tylko chipsety płyt głównych Intela – P35 oraz nowy P45 – zapewniają obsługę zarówno pamięci DDR2, jak i DDR3. Od producenta płyty zależy, jakie i ile gniazd do danego typu pamięci na niej umieści (patrz tabelka „Przykłady płyt z obsługą pamięci DDR3”). Część producentów płyt głównych w oczekiwaniu na lepsze czasy dla pamięci DDR3 przygotowała urządzenia obsługujące dwa typy pamięci DDR2 i DDR3. Przykładem są płyty Foxconn P35AP-S (cena ok. 400 zł) czy Asus P5KC Intel P35 (ok. 330 zł). Zawierają one po cztery gniazda dla DDR2 i dwa dla DDR3, przy czym maksymalna pojemność pamięci może wynosić 4 GB dla DDR3 i 8 GB dla DDR2. Trzeba jednak pamiętać, że nie wolno stosować jednocześnie obu typów pamięci, gdyż grozi to uszkodzeniem płyty głównej lub pamięci.

Producenci pamięci liczą, że zainteresowanie układami DDR3 zacznie rosnąć od września, gdy w sklepach pojawią się pierwsze notebooki z nową mobilną platformą Intel Centrino 2, wykorzystującą pamięci DDR3. Również po wakacjach powinny się pojawić w sprzedaży procesory AMD do komputerów stacjonarnych, przeznaczone do gniazda AM3, i jednocześnie płyty główne z tym gniazdem. Jest ono przystosowane do współpracy właśnie z pamięcią DDR3.