シンクロナス DRAM とは

同期 DRAM または SDRAM は、DRAM の現在の標準です。その主な用途はシステム RAM ですが、グラフィックスカードの VRAM やその他の DRAM が使用されている場所でも使用されます。その分野では非常に優勢であるため、通常は「S」が省略され、単に DRAM と呼ばれます。 SDRAM の同期は、そのパフォーマンスにとって重要であり、その前身である非同期 DRAM を凌駕する上で重要な役割を果たしました。

同期して作業する

同期とは、SDRAM に内部クロックがあり、クロック速度がシステムに認識されているという事実を指します。これは、CPU と同じクロック速度で動作すると言っているわけではありません。ただし、内部クロックがあり、CPU はそれを認識しています。これにより、RAM とのやり取りを最適化できるため、コマンドが他のコマンドに干渉しないようにするためにアイドル状態のままにするのではなく、I/O バスを完全に利用することができます。

問題の一部は、データを DRAM に書き込むときです。データは、データを書き込むコマンドとして同時に提供する必要があります。ただし、データを読み出す場合は、読み出しコマンドが発行されてから 2 ～ 3 クロックサイクル後にデータが読み戻されます。つまり、DRAM コントローラーは、書き込み操作が発生する前に、読み取り操作が完了するのに十分な時間を確保する必要があります。非同期 DRAM では、操作が完了するのに十分な時間を与えるだけで、これが発生しました。ただし、この方法では、I/O バスがアイドル状態のままになりました。同時に、コントローラーは確認するのに十分な時間待機しましたが、これはリソースの非効率的な使用でした。

同期 DRAM は、内部クロックを使用して、データの転送とコマンドの実行を同期させます。これにより、メモリコントローラの時間操作で I/O バスが最適に使用され、より高いパフォーマンスレベルが保証されます。

非同期 DRAM の改善点

制御の改善を可能にするタイミングの改善以外に、SDRAM の主な改善点は、DRAM 内に複数のメモリバンクを持つことができることです。各銀行は基本的に内部で独立して運営されています。バンク内では、一度に 1 行しか開くことができません。それでも、別のバンクで 2 番目の行を開くことができるため、読み取りまたは書き込み操作をパイプライン化できます。この設計により、I/O バスがアイドル状態になるのを防ぎます。同時に、新しい読み取りまたは書き込み操作がキューに入れられ、効率が向上します。

これについて考える 1 つの方法は、2 次元配列に 3 番目の次元を追加することです。一度に 1 つの場所からのみデータの読み取りまたは書き込みを行うことができます。ただし、1 つのバンクとやり取りしている間に、別のバンクで別の行を準備することができます。

SDRAM のもう 1 つの利点は、メモリ上のチップにタイミングデータが含まれていることです。最新の RAM スティックの中には、特定のタイミングパフォーマンス情報をそのチップにエンコードすることで、公式の DRAM 規格よりも高速なパフォーマンスを可能にするものがあります。これらの設定を手動でオーバーライドして、RAM を「オーバークロック」できるようにすることもできます。これは多くのタイミング値を構成でき、最小限のパフォーマンスを提供する傾向があるため、多くの場合非常に詳細です。利点。 RAM のオーバークロックも不安定になるリスクがありますが、一部のワークロードでは利点があります。

時間の経過に伴う改善

実際のメモリクロック速度は、SDRAM のリリース以来あまり増加していません。 SDRAM の最初のイテレーションはレトロニム SDR を受け取りました。これは、後の DDR またはダブルデータレートメモリと区別するためのシングルデータレートの略です。これらのタイプは、他の多くの形式の DRAM と同様に、すべて SDRAM の例です。 DRAM チップのクロックサイクルは、DRAM の最速動作間の時間を制御します。たとえば、開いている行から列を読み取るには、1 クロックサイクルかかります。

SDRAM には、内部クロックと I/O バスクロックの 2 つの異なるクロック速度があることに注意することが重要です。どちらも独立して制御でき、時間の経過とともにアップグレードされています。内部クロックはメモリ自体の速度であり、レイテンシに直接影響します。 I/O クロックは、SDRAM から読み取られた、または SDRAM に書き込まれるデータを送信できる頻度を制御します。このクロック速度は、I/O バスの幅と組み合わされて、帯域幅に影響します。両方のクロックがリンクされており、SDRAM の高性能にとって重要です。

速度がどのように向上したか

第 1 世代の DDR SDRAM の公式 JEDEC 規格では、100 ～ 200 MHz のメモリクロックが使用されていました。 DDR3 は引き続き 100MHz を提供 266.6MHz までのクロック速度を標準化しました。それにもかかわらず、I/O クロック速度と読み取り操作に含まれるデータ量は、100MHz のメモリクロックでも、単位時間の帯域幅が 4 倍になることを意味します。

DDR4 はアップグレードパターンを変更し、200 ～ 400 MHz の範囲でメモリクロックを 2 倍にし、レイテンシを削減しながら利用可能な帯域幅を再び 2 倍にしました。 DDR5 規格も 200MHz のメモリクロックから始まります。それでも、最大 450MHz に達し、サイクルごとに転送されるデータ量を 2 倍にして帯域幅を 2 倍にします。

結論

同期 DRAM は、現在使用されている DRAM の主要なタイプです。これは、グラフィックスアプリケーションのシステム RAM および VRAM の基礎です。 DRAM の動作をクロックと同期させることにより、DRAM の実際のパフォーマンスを知ることができ、操作を実行のために効率的にキューに入れることができます。これは、特定のコマンドがいつ完了したかを直接測定または知る方法がないため、十分な時間を残すよりもはるかに効率的です。

SDRAM を制御するクロックは、その高性能にとって重要です。これらは、コマンドを実行できる頻度と、DRAM からデータを読み書きできる速度を制御します。これらのタイミングを把握することで、ピークパフォーマンスに合わせて最適化できます。