Synchronní DRAM nebo SDRAM je současný standard pro DRAM. Primárně se používá pro systémovou RAM, i když se používá také ve VRAM na grafických kartách a všude tam, kde se používá DRAM. Ve svém oboru je tak dominantní, že „S“ je obvykle vynecháno a jednoduše se nazývá DRAM. Synchronizace SDRAM je kritická pro její výkon a byla zásadní v jejím vzestupu oproti jejímu předchůdci, asynchronní DRAM.
Práce v synchronizaci
Synchronní odkazuje na skutečnost, že SDRAM má vnitřní hodiny a že rychlost hodin je systému známa. To neznamená, že běží na stejné frekvenci jako CPU. Ale má vnitřní hodiny a CPU to ví. To umožňuje optimalizovat interakce s RAM tak, aby byla I/O sběrnice plně využita, spíše než aby byla ponechána nečinná, aby se zajistilo, že žádné příkazy nebudou rušit jiné příkazy.
Část problému spočívá v tom, že při zápisu dat do DRAM. Data musí být poskytnuta současně jako příkaz k zápisu dat. Při čtení dat jsou však data čtena zpět dva nebo tři hodinové cykly po vydání příkazu čtení. To znamená, že řadič DRAM musí poskytnout dostatek času na dokončení operací čtení, než dojde k operaci zápisu. S asynchronní DRAM se to stalo tím, že bylo jednoduše ponecháno více než dost času na dokončení operace. Tato praxe však nechala I/O sběrnici nečinnou. Řadič přitom pro jistotu dost čekal, což bylo neefektivní využití zdrojů.
Synchronní DRAM používá vnitřní hodiny k synchronizaci přenosu dat a provádění příkazů. To umožňuje časovým operacím paměťového řadiče optimálně využívat I/O sběrnici a zajišťuje vyšší úroveň výkonu.
Vylepšení oproti asynchronní paměti DRAM
Kromě vylepšení v časování umožňujících lepší ovládání je hlavním vylepšením SDRAM možnost mít v DRAM více bank paměti. Každá banka v podstatě interně funguje samostatně. V rámci banky může být otevřen pouze jeden řádek najednou. Přesto lze otevřít druhou řadu v jiné bance, což umožňuje zřetězení operací čtení nebo zápisu. Tato konstrukce zabraňuje nečinnosti I/O sběrnice. Současně se do fronty zařazuje nová operace čtení nebo zápisu, což zvyšuje efektivitu.
Jedním ze způsobů, jak o tom přemýšlet, je přidání třetí dimenze do dvourozměrného pole. Stále můžete číst nebo zapisovat data vždy pouze z jednoho místa. Ale můžete připravit další řádek v jiné bance, zatímco s jedním právě probíhá interakce.
Další výhodou SDRAM je zahrnutí časových dat na čipu do paměti. Některé moderní paměti RAM umožňují rychlejší výkon než oficiální standardy DRAM tím, že zakódují své specifické informace o výkonu časování na čip. Tato nastavení může být také možné ručně přepsat, což umožní „přetaktování paměti RAM“. Tohle je často velmi do hloubky, protože lze konfigurovat mnoho hodnot časování a má tendenci poskytovat minimální výkon výhoda. Přetaktování RAM také přináší riziko nestability, ale může nabídnout výhody v některých pracovních zátěžích.
Zlepšení v průběhu času
Skutečná rychlost paměti se od vydání SDRAM příliš nezvýšila. První iterace SDRAM obdržela retronymum SDR. Toto je zkratka pro Single Data Rate, aby se odlišila od pozdější paměti DDR nebo Double Data Rate. Tyto typy, stejně jako mnoho dalších forem DRAM, jsou všechny příklady SDRAM. Hodinový cyklus čipu DRAM řídí dobu mezi nejrychlejšími operacemi DRAM. Například čtení sloupce z otevřeného řádku trvá jeden hodinový cyklus.
Je důležité si uvědomit, že pro SDRAM existují dvě různé rychlosti hodin, interní hodiny a hodiny I/O sběrnice. Oba je možné ovládat nezávisle a byly časem upgradovány. Vnitřní hodiny jsou rychlostí samotné paměti a přímo ovlivňují latenci. I/O hodiny řídí, jak často lze přenášet data, která byla čtena z paměti SDRAM nebo do ní budou zapsána. Tato rychlost hodin v kombinaci s šířkou I/O sběrnice ovlivňuje šířku pásma. Oba takty jsou propojeny a jsou rozhodující pro vysoký výkon SDRAM.
Jak se zvýšila rychlost
Oficiální standard JEDEC pro první generaci DDR SDRAM měl takty pamětí mezi 100 a 200 MHz. DDR3 stále nabízely 100 MHz takty pamětí, ačkoli také standardizoval takt až 266,6 MHz. Navzdory tomu vnitřní změny rychlosti I/O hodin a množství dat obsažených v operaci čtení znamenalo, že i při 100MHz paměti se šířka pásma za jednotku času zčtyřnásobila.
DDR4 změnila schéma upgradu a zdvojnásobila takt paměti s rozsahem mezi 200 a 400 MHz, čímž opět dosáhla zdvojnásobení dostupné šířky pásma a zároveň snížila latenci. Standard DDR5 také začíná taktem pamětí 200 MHz. Přesto dosahuje až 450 MHz, čímž se vrací zpět ke zdvojnásobení množství přenesených dat za cyklus, aby se zdvojnásobila šířka pásma.
Závěr
Synchronní DRAM je dnes primárním typem DRAM. Je to základ pro systémovou RAM a VRAM v grafických aplikacích. Synchronizací akcí DRAM s hodinami lze znát skutečný výkon DRAM, což umožňuje, aby operace byly efektivně zařazeny do fronty k provedení. To je mnohem efektivnější než ponechání více než dostatečného času, protože neexistuje žádné přímé měření nebo způsob, jak zjistit, kdy byl konkrétní příkaz dokončen.
Hodiny, které řídí SDRAM, jsou rozhodující pro její vysoký výkon. Řídí, jak často lze spouštět příkazy a jak rychle lze data číst nebo zapisovat do DRAM. Tím, že jsou tato časování známa, lze je optimalizovat pro špičkový výkon.