Синхронна DRAM або SDRAM є поточним стандартом для DRAM. Його основне використання — для системної оперативної пам’яті, хоча він також використовується у відеопам’яті відеокарт і будь-де, де ще використовується DRAM. Він настільки домінуючий у своїй галузі, що букву «S» зазвичай опускають, і його просто називають DRAM. Синхронізація SDRAM має вирішальне значення для її продуктивності та сприяла її зростанню в порівнянні з попередницею, асинхронною DRAM.
Робота в синхронізації
Синхронність означає, що SDRAM має внутрішній годинник і що тактова частота відома системі. Це не означає, що він працює на тій самій тактовій частоті, що й процесор. Але він має внутрішній годинник, і ЦП це знає. Це дозволяє оптимізувати взаємодію з оперативною пам’яттю таким чином, щоб шина вводу/виводу використовувалася повністю, а не залишалася бездіяльною, щоб жодні команди не перешкоджали іншим командам.
Частина проблеми полягає в тому, що під час запису даних у DRAM. Дані повинні бути надані одночасно з командою для запису даних. Однак під час читання даних дані зчитуються через два або три такти після того, як видається команда читання. Це означає, що контролеру DRAM потрібно дати достатньо часу для завершення операцій читання, перш ніж відбудеться операція запису. З асинхронною пам’яттю DRAM це сталося завдяки тому, що для завершення операції було достатньо часу. Ця практика, однак, залишила шину вводу/виводу неактивною. У той же час контролер чекав достатньо, щоб бути впевненим, що було неефективним використанням ресурсів.
Синхронна DRAM використовує внутрішній годинник для синхронізації передачі даних і виконання команд. Це дає змогу контролеру пам’яті оперативно використовувати шину вводу/виводу та забезпечує більш високі рівні продуктивності.
Покращення в порівнянні з асинхронною DRAM
Окрім удосконалення синхронізації, що дозволяє покращити контроль, основним удосконаленням SDRAM є можливість мати декілька банків пам’яті всередині DRAM. Кожен банк, по суті, працює незалежно внутрішньо. Всередині банку одночасно може бути відкритий лише один рядок. Тим не менш, другий рядок можна відкрити в іншому банку, дозволяючи конвеєрно виконувати операції читання або запису. Така конструкція запобігає бездіяльності шини введення/виведення. У той же час нова операція читання або запису ставиться в чергу, підвищуючи ефективність.
Один із способів подумати про це — додати третій вимір до двовимірного масиву. Ви все ще можете читати або записувати дані лише з одного місця за раз. Але ви можете підготувати інший рядок в іншому банку під час взаємодії з одним.
Ще однією перевагою SDRAM є включення даних синхронізації на мікросхему пам’яті. Деякі сучасні модулі оперативної пам’яті забезпечують більшу продуктивність, ніж офіційні стандарти DRAM, завдяки кодуванню інформації про продуктивність синхронізації на цьому чіпі. Можна також вручну змінити ці налаштування, дозволяючи «розігнати» оперативну пам’ять. Це є часто дуже глибоко, оскільки багато значень часу можна налаштувати та, як правило, забезпечують мінімальну продуктивність користь. Розгін оперативної пам’яті також пов’язаний із ризиком нестабільності, але може дати переваги в деяких робочих навантаженнях.
Покращення з часом
Фактична тактова частота пам'яті не сильно зросла з моменту випуску SDRAM. Перша ітерація SDRAM отримала ретронім SDR. Це скорочення від Single Data Rate, щоб відрізнити його від пізнішої пам’яті DDR або Double Data Rate. Усі ці типи, а також багато інших форм DRAM є прикладами SDRAM. Тактовий цикл мікросхеми DRAM контролює час між найшвидшими операціями DRAM. Наприклад, читання стовпця з відкритого рядка займає один такт.
Важливо відзначити, що для SDRAM є дві різні тактові частоти: внутрішній тактовий сигнал і тактовий сигнал шини введення/виведення. Обидва можна контролювати незалежно і з часом оновлювалися. Внутрішній годинник — це швидкість самої пам’яті, яка безпосередньо впливає на затримку. Тактовий сигнал вводу-виводу контролює, як часто дані, які були зчитані або записані в SDRAM, можуть передаватися. Ця тактова частота в поєднанні з шириною шини введення/виведення впливає на пропускну здатність. Обидва тактових генератора пов’язані між собою і мають вирішальне значення для високої продуктивності SDRAM.
Як зросла швидкість
Офіційний стандарт JEDEC для першого покоління DDR SDRAM мав тактову частоту пам’яті від 100 до 200 МГц. DDR3 все ще пропонує 100 МГц тактова частота пам'яті, хоча вона також стандартизована тактова частота до 266,6 МГц. Незважаючи на це, внутрішні зміни тактової частоти вводу/виводу та кількість даних, включених в операцію читання, означала, що навіть за тактової частоти пам’яті 100 МГц пропускна здатність за одиницю часу була збільшена в чотири рази.
DDR4 змінила схему оновлення та подвоїла тактову частоту пам’яті в діапазоні від 200 до 400 МГц, знову досягнувши подвоєння доступної пропускної здатності та зменшивши затримку. Стандарт DDR5 також починається з тактової частоти пам'яті 200 МГц. Тим не менш, він досягає 450 МГц, повертаючись до подвоєння обсягу даних, що передаються за цикл, щоб подвоїти пропускну здатність.
Висновок
Синхронна DRAM є основним типом DRAM, який використовується сьогодні. Він є основою для системної оперативної та VRAM у графічних програмах. Синхронізуючи дії DRAM із тактовими сигналами, можна дізнатися фактичну продуктивність DRAM, що дозволяє ефективно ставити операції в чергу для виконання. Це набагато ефективніше, ніж залишати більше ніж достатньо часу, оскільки немає прямого вимірювання чи способу дізнатися, коли конкретна команда була виконана.
Годинники, які керують SDRAM, мають вирішальне значення для її високої продуктивності. Вони контролюють частоту виконання команд і швидкість зчитування чи запису даних у DRAM. Знаючи ці таймінги, їх можна оптимізувати для максимальної продуктивності.