Синхронная DRAM или SDRAM является текущим стандартом для DRAM. В основном он используется для системной оперативной памяти, хотя он также используется в видеопамяти на видеокартах и везде, где используется DRAM. Он настолько доминирует в своей области, что буква «S» обычно опускается, и его называют просто DRAM. Синхронизация SDRAM имеет решающее значение для ее производительности и сыграла важную роль в ее росте по сравнению с ее предшественницей, асинхронной DRAM.
Синхронная работа
Синхронный относится к тому факту, что SDRAM имеет внутренние часы и что тактовая частота известна системе. Это не означает, что он работает с той же тактовой частотой, что и процессор. Но у него есть внутренние часы, и процессор их знает. Это позволяет оптимизировать взаимодействие с ОЗУ, чтобы шина ввода-вывода использовалась полностью, а не оставалась бездействующей, чтобы гарантировать, что никакие команды не мешают другим командам.
Часть проблемы заключается в том, что при записи данных в DRAM. Данные должны быть предоставлены одновременно с командой для записи данных. Однако при чтении данных данные считываются через два или три такта после выдачи команды чтения. Это означает, что контроллеру DRAM необходимо предоставить достаточно времени для завершения операций чтения до того, как произойдет операция записи. В случае с асинхронной DRAM это происходило просто потому, что для завершения операции оставалось более чем достаточно времени. Однако эта практика оставила шину ввода-вывода бездействующей. В то же время контроллер ждал достаточно, чтобы быть уверенным, что было неэффективным использованием ресурсов.
Синхронная DRAM использует внутренние часы для синхронизации передачи данных и выполнения команд. Это позволяет временным операциям контроллера памяти оптимально использовать шину ввода-вывода и обеспечивает более высокие уровни производительности.
Улучшения по сравнению с асинхронной DRAM
Помимо улучшений синхронизации, позволяющих улучшить управление, основным улучшением SDRAM является возможность иметь несколько банков памяти в DRAM. Каждый банк по существу работает независимо внутри. Внутри банка одновременно может быть открыта только одна строка. Тем не менее, вторая строка может быть открыта в другом банке, что позволяет конвейеризировать операции чтения или записи. Такая конструкция предотвращает простаивание шины ввода-вывода. В то же время новая операция чтения или записи ставится в очередь, что повышает эффективность.
Один из способов подумать об этом — добавить третье измерение к двумерному массиву. Вы по-прежнему можете читать или записывать данные только из одного места за раз. Но вы можете подготовить еще одну строку в другом банке, пока вы взаимодействуете с одной.
Еще одним преимуществом SDRAM является включение временных данных на микросхему памяти. Некоторые современные RAM-накопители обеспечивают более высокую производительность, чем официальные стандарты DRAM, за счет кодирования их конкретной информации о временных характеристиках на этом чипе. Также можно вручную переопределить эти настройки, что позволит «разогнать» оперативную память. Это часто очень подробно, так как можно настроить множество значений времени и, как правило, обеспечивает минимальную производительность. выгода. Разгон ОЗУ также сопряжен с риском нестабильности, но может дать преимущества в некоторых рабочих нагрузках.
Улучшения со временем
Фактическая тактовая частота памяти не сильно увеличилась с момента выпуска SDRAM. Первая итерация SDRAM получила ретроним SDR. Это сокращение от Single Data Rate, чтобы отличить его от более поздней памяти DDR или Double Data Rate. Эти типы, как и многие другие формы DRAM, являются примерами SDRAM. Тактовый цикл микросхемы DRAM управляет временем между самыми быстрыми операциями DRAM. Например, чтение столбца из открытой строки занимает один такт.
Важно отметить, что для SDRAM существуют две разные тактовые частоты: внутренние часы и часы шины ввода-вывода. Оба могут управляться независимо друг от друга и со временем были модернизированы. Внутренние часы — это скорость самой памяти, напрямую влияющая на задержку. Часы ввода-вывода определяют, как часто данные, которые были прочитаны или будут записаны в SDRAM, могут быть переданы. Эта тактовая частота в сочетании с шириной шины ввода-вывода влияет на пропускную способность. Оба тактовых генератора связаны и имеют решающее значение для высокой производительности SDRAM.
Как увеличилась скорость
Официальный стандарт JEDEC для первого поколения DDR SDRAM имел тактовую частоту памяти от 100 до 200 МГц. DDR3 по-прежнему предлагает 100 МГц тактовой частоты памяти, хотя он также стандартизировал тактовую частоту до 266,6 МГц. Несмотря на это, внутренние изменения тактовой частоты ввода/вывода и объем данных, включенных в операцию чтения, означал, что даже при тактовой частоте памяти 100 МГц пропускная способность в единицу времени увеличивалась в четыре раза.
DDR4 изменила шаблон обновления и удвоила тактовую частоту памяти с диапазоном от 200 до 400 МГц, снова обеспечив удвоение доступной полосы пропускания при уменьшении задержки. Стандарт DDR5 также начинается с тактовой частоты памяти 200 МГц. Тем не менее, он достигает 450 МГц, возвращаясь к удвоению объема данных, передаваемых за цикл, чтобы удвоить пропускную способность.
Вывод
Синхронная DRAM является основным типом DRAM, используемым сегодня. Это основа для системной оперативной памяти и видеопамяти в графических приложениях. Синхронизируя действия DRAM с часами, можно узнать фактическую производительность DRAM, что позволяет эффективно ставить операции в очередь для выполнения. Это намного эффективнее, чем оставить более чем достаточно времени, потому что нет прямого измерения или способа узнать, когда конкретная команда была выполнена.
Часы, которые управляют SDRAM, имеют решающее значение для ее высокой производительности. Они управляют частотой выполнения команд и скоростью чтения или записи данных в DRAM. Зная эти тайминги, их можно оптимизировать для максимальной производительности.