Kaj je sinhroni DRAM?

Sinhroni DRAM ali SDRAM je trenutni standard za DRAM. Njegova primarna uporaba je sistemski RAM, čeprav se uporablja tudi v VRAM-u na grafičnih karticah in kjer koli drugje se uporablja DRAM. Na svojem področju je tako prevladujoč, da se črka »S« običajno opusti in se preprosto imenuje DRAM. Sinhronizacija SDRAM-a je ključnega pomena za njegovo delovanje in je bila ključnega pomena pri njegovem vzponu v primerjavi s predhodnikom, asinhronim DRAM-om.

Delo v sinhronizaciji

Sinhroni se nanaša na dejstvo, da ima SDRAM notranjo uro in da je takt sistemu znan. To ne pomeni, da deluje z enako hitrostjo kot CPE. Vendar ima notranjo uro in CPE to pozna. To omogoča optimizacijo interakcije z RAM-om, tako da je V/I vodilo v celoti izkoriščeno, namesto da ostane v stanju mirovanja, da se zagotovi, da noben ukaz ne moti drugih ukazov.

Del težave je, da pri zapisovanju podatkov v DRAM. Podatki morajo biti posredovani hkrati z ukazom za zapisovanje podatkov. Pri branju podatkov pa se podatki preberejo nazaj dva ali tri cikle po izdaji ukaza za branje. To pomeni, da mora krmilnik DRAM omogočiti dovolj časa za dokončanje operacij branja, preden pride do operacije pisanja. Pri asinhronem DRAM-u se je to zgodilo tako, da je preprosto omogočeno več kot dovolj časa za dokončanje operacije. Zaradi te prakse pa je V/I vodilo ostalo nedejavno. Hkrati je kontrolor čakal dovolj, da bi bil prepričan, kar je bila neučinkovita poraba virov.

Sinhroni DRAM uporablja notranjo uro za sinhronizacijo prenosa podatkov in izvajanje ukazov. To omogoča časovnim operacijam krmilnika pomnilnika optimalno uporabo V/I vodila in zagotavlja višje ravni zmogljivosti.

Izboljšave v primerjavi z asinhronim DRAM-om

Poleg izboljšav časovnega razporejanja, ki omogočajo boljši nadzor, je glavna izboljšava SDRAM zmožnost imeti več bank pomnilnika znotraj DRAM-a. Vsaka banka v bistvu interno deluje samostojno. V banki je lahko odprta samo ena vrstica hkrati. Kljub temu je drugo vrstico mogoče odpreti v drugi banki, kar omogoča cevovodne operacije branja ali pisanja. Ta zasnova preprečuje, da bi V/I vodilo mirovalo. Hkrati se nova operacija branja ali pisanja postavi v čakalno vrsto, kar poveča učinkovitost.

Eden od načinov razmišljanja o tem je dodajanje tretje dimenzije dvodimenzionalnemu nizu. Še vedno lahko berete ali pišete podatke samo z enega mesta hkrati. Lahko pa pripravite drugo vrstico v drugi banki, medtem ko je ena v interakciji.

Druga prednost SDRAM-a je vključitev časovnih podatkov na čip v pomnilnik. Nekateri sodobni pomnilniški ključki omogočajo hitrejše delovanje od uradnih standardov DRAM, tako da kodirajo svoje specifične informacije o časovni zmogljivosti na tem čipu. Te nastavitve je mogoče tudi ročno preglasiti, kar omogoča "overclocking" RAM-a. To je pogosto zelo poglobljen, saj je mogoče konfigurirati veliko časovnih vrednosti in ponavadi zagotavlja minimalno zmogljivost korist. Pri overklokiranju RAM-a obstaja tudi tveganje nestabilnosti, vendar lahko pri nekaterih delovnih obremenitvah ponudi prednosti.

Izboljšave skozi čas

Dejanska hitrost pomnilnika se od izdaje SDRAM-a ni veliko povečala. Prva ponovitev SDRAM-a je dobila retronim SDR. To je okrajšava za Single Data Rate, da se razlikuje od kasnejšega pomnilnika DDR ali Double Data Rate. Vse te vrste, kot tudi številne druge oblike DRAM-a, so primeri SDRAM-a. Urni cikel čipa DRAM nadzira čas med najhitrejšimi operacijami DRAM-a. Na primer, branje stolpca iz odprte vrstice traja en takt.

Pomembno je omeniti, da obstajata dve različni takti za SDRAM, notranja ura in ura I/O vodila. Oba je mogoče nadzorovati neodvisno in sta bila sčasoma nadgrajena. Notranja ura je hitrost samega pomnilnika in neposredno vpliva na zakasnitev. V/I ura nadzira, kako pogosto se lahko prenašajo podatki, ki so bili prebrani iz SDRAM-a ali bodo vanj zapisani. Ta takt skupaj s širino V/I vodila vpliva na pasovno širino. Obe uri sta povezani in sta ključni za visoko zmogljivost SDRAM-a.

Kako so se hitrosti povečale

Uradni standard JEDEC za prvo generacijo DDR SDRAM je imel pomnilniške ure med 100 in 200 MHz. DDR3 je še vedno ponujal 100MHz pomnilniške ure, čeprav je standardiziral tudi taktne hitrosti do 266,6 MHz. Kljub temu notranje spremembe takta V/I in količina podatkov, vključenih v operacijo branja, je pomenila, da je bila pasovna širina za časovno enoto celo pri 100MHz pomnilniški takt štirikratna.

DDR4 je spremenil vzorec nadgradnje in podvojil takt pomnilnika z razponom med 200 in 400 MHz, s čimer je znova dosegel podvojitev razpoložljive pasovne širine in hkrati zmanjšal zakasnitev. Standard DDR5 se prav tako začne s taktom pomnilnika 200MHz. Kljub temu doseže do 450MHz, s čimer se podvoji količina prenesenih podatkov na cikel, da se podvoji pasovna širina.

Zaključek

Sinhroni DRAM je primarna vrsta DRAM-a, ki se danes uporablja. Je osnova za sistemski RAM in VRAM v grafičnih aplikacijah. S sinhronizacijo dejanj DRAM-a z urami je mogoče spoznati dejansko zmogljivost DRAM-a, kar omogoča, da se operacije učinkovito postavijo v čakalno vrsto za izvedbo. To je veliko bolj učinkovito kot pustiti več kot dovolj časa, ker ni neposrednega merila ali načina, kako vedeti, kdaj je bil določen ukaz dokončan.

Ure, ki nadzorujejo SDRAM, so ključne za njegovo visoko zmogljivost. Nadzorujejo, kako pogosto se lahko izvajajo ukazi in kako hitro je mogoče prebrati podatke iz DRAM-a ali zapisati vanj. Če poznamo te čase, jih je mogoče optimizirati za največjo zmogljivost.