Synkroninen DRAM tai SDRAM on DRAMin nykyinen standardi. Sen ensisijainen käyttö on järjestelmän RAM-muistia, vaikka sitä käytetään myös näytönohjainkorttien VRAM-muistissa ja kaikkialla muualla, missä DRAMia käytetään. Se on niin hallitseva alallaan, että "S" tyypillisesti jätetään pois, ja sitä kutsutaan yksinkertaisesti DRAMiksi. SDRAM: n synkronointi on kriittinen sen suorituskyvyn kannalta, ja se vaikutti sen nousuun edeltäjäänsä, asynkroniseen DRAM: iin, verrattuna.
Työskentely synkronoinnissa
Synkronisella tarkoitetaan sitä tosiasiaa, että SDRAM-muistissa on sisäinen kello ja että kellonopeus on järjestelmän tiedossa. Tämä ei tarkoita, että se toimii samalla kellonopeudella kuin prosessori. Mutta siinä on sisäinen kello, ja prosessori tietää sen. Tämä mahdollistaa vuorovaikutuksen RAM-muistin kanssa optimoinnin siten, että I/O-väylä on täysin hyödynnetty sen sijaan, että se jätettäisiin käyttämättömäksi, jotta varmistetaan, että mitkään komennot eivät häiritse muita komentoja.
Osa ongelmasta on se, että kirjoitetaan tietoja DRAM-muistiin. Tiedot on annettava samanaikaisesti tietojen kirjoituskomentona. Dataa luettaessa tiedot kuitenkin luetaan takaisin kaksi tai kolme kellojaksoa lukukomennon antamisen jälkeen. Tämä tarkoittaa, että DRAM-ohjaimen on annettava riittävästi aikaa lukutoimintojen suorittamiseen ennen kirjoitustoimintoa. Asynkronisella DRAM-muistilla tämä tapahtui antamalla toiminnolle enemmän kuin tarpeeksi aikaa. Tämä käytäntö kuitenkin jätti I/O-väylän käyttämättömäksi. Samalla lennonjohtaja odotti tarpeeksi varmuuden vuoksi, mikä oli tehotonta resurssien käyttöä.
Synkroninen DRAM käyttää sisäistä kelloa tiedonsiirron ja komentojen suorittamisen synkronoimiseen. Näin muistiohjaimen aikatoiminnot voivat käyttää I/O-väylää optimaalisesti ja varmistaa korkeamman suorituskyvyn.
Parannuksia asynkroniseen DRAMiin
Parannetun ohjauksen mahdollistavien ajoituksen parannusten lisäksi SDRAM: n tärkein parannus on kyky sisältää useita muistipankkeja DRAMissa. Jokainen pankki toimii käytännössä itsenäisesti sisäisesti. Pankissa vain yksi rivi voi olla auki kerralla. Silti toinen rivi voidaan avata eri pankissa, mikä mahdollistaa luku- tai kirjoitustoimintojen liukuhihnan. Tämä rakenne estää I/O-väylää jäämästä käyttämättä. Samaan aikaan uusi luku- tai kirjoitustoiminto asetetaan jonoon, mikä lisää tehokkuutta.
Yksi tapa ajatella tätä on lisätä kolmas ulottuvuus kaksiulotteiseen taulukkoon. Voit silti lukea tai kirjoittaa tietoja vain yhdestä paikasta kerrallaan. Voit kuitenkin valmistella toisen rivin eri pankissa samalla, kun sitä käsitellään.
Toinen SDRAM-muistin etu tulee ajastustietojen sisällyttämisestä muistin sirulle. Jotkut nykyaikaiset RAM-tikut mahdollistavat suorituskyvyn nopeammin kuin viralliset DRAM-standardit koodaamalla niiden erityiset ajoitussuorituskykytiedot kyseiselle sirulle. Nämä asetukset voi myös olla mahdollista ohittaa manuaalisesti, jolloin RAM voidaan "ylikellottaa". Tämä on usein hyvin syvällinen, koska monia ajoitusarvoja voidaan konfiguroida ja ne tarjoavat yleensä minimaalisen suorituskyvyn hyötyä. RAM-muistin ylikellotukseen liittyy myös epävakauden riski, mutta se voi tarjota etuja joissakin työkuormissa.
Parannuksia ajan myötä
Todellinen muistin kellonopeus ei ole kasvanut paljon SDRAM-muistin julkaisun jälkeen. SDRAM-muistin ensimmäinen iteraatio sai retronymin SDR. Tämä on lyhenne sanoista Single Data Rate erottaakseen sen myöhemmästä DDR- tai Double Data Rate -muistista. Nämä tyypit, kuten myös monet muut DRAM-muodot, ovat kaikki esimerkkejä SDRAM-muistista. DRAM-sirun kellojakso ohjaa DRAMin nopeimpien toimintojen välistä aikaa. Esimerkiksi sarakkeen lukeminen avoimelta riviltä kestää yhden kellojakson.
On tärkeää huomata, että SDRAM-muistilla on kaksi erilaista kellonopeutta, sisäinen kello ja I/O-väylän kello. Molempia voidaan ohjata itsenäisesti ja niitä on päivitetty ajan myötä. Sisäinen kello on itse muistin nopeus ja vaikuttaa suoraan latenssiin. I/O-kello ohjaa, kuinka usein SDRAM-muistista luettua tai siihen kirjoitettua dataa voidaan lähettää. Tämä kellonopeus yhdistettynä I/O-väylän leveyteen vaikuttaa kaistanleveyteen. Molemmat kellot on linkitetty ja ovat kriittisiä SDRAM: n korkealle suorituskyvylle.
Kuinka nopeudet ovat lisääntyneet
Ensimmäisen sukupolven DDR SDRAM -muistin virallisessa JEDEC-standardissa muistikellot olivat 100-200 MHz. DDR3 tarjosi edelleen 100 MHz muistikellot, vaikka se myös standardoi kellonopeudet 266,6 MHz: iin asti. Tästä huolimatta sisäiset muutokset I/O-kellonopeudessa ja lukuoperaatioon sisällytetty datamäärä tarkoitti, että jopa 100 MHz: n muistikellossa kaistanleveys aikayksikössä nelinkertaistui.
DDR4 muutti päivitysmallia ja kaksinkertaisti muistin kellon alueella 200–400 MHz, mikä taas kaksinkertaisti käytettävissä olevan kaistanleveyden ja pienensi viivettä. DDR5-standardi alkaa myös 200 MHz: n muistikellolla. Silti se saavuttaa jopa 450 MHz: n taajuuden ja palaa takaisin kaksinkertaistamaan jaksoa kohden siirrettävän tiedon määrä kaksinkertaistaen kaistanleveyden.
Johtopäätös
Synkroninen DRAM on nykyään käytössä oleva ensisijainen DRAM-tyyppi. Se on järjestelmän RAM- ja VRAM-muistin perusta grafiikkasovelluksissa. Synkronoimalla DRAM: n toiminnot kellojen kanssa voidaan tietää DRAM: n todellinen suorituskyky, mikä mahdollistaa toimintojen tehokkaan jonon suorittamisen. Tämä on paljon tehokkaampaa kuin jättää enemmän kuin tarpeeksi aikaa, koska ei ole suoraa mittaa tai tapaa tietää, milloin tietty komento on suoritettu.
SDRAM-muistia ohjaavat kellot ovat kriittisiä sen korkean suorituskyvyn kannalta. Ne ohjaavat, kuinka usein komentoja voidaan suorittaa ja kuinka nopeasti tietoja voidaan lukea tai kirjoittaa DRAM-muistiin. Kun nämä ajoitukset ovat tiedossa, ne voidaan optimoida huippusuorituskykyä varten.