Technologie: Fully Buffered FB-DIMM
11.5.2004, Eagle , článek
Paměti postavené na modulech DIMM (Dual Inline Memory Module) stále zrychlují. Frekvence již dosáhly přes 250 MHz. To s sebou přináší řadu obtíží, především pak při uchování integrity dat při v současnosti používané přímé komunikaci s čipy a velkém množství pinů. Připravovaná technologie Fully Buffered DIMM nabízí jednoduché a přitom efektivní řešení problému v podobě sériové komunikace.
Kapitoly článku:
- Technologie: Fully Buffered FB-DIMM
- Princip Fully Buffered DIMM
- Efekty
Trendy ve vývoji DRAM pamětí
Uživatelé chtějí od pamětí stále více. Paměti musí být větší a stále rychlejší. Když jsem v osmdesátých letech začínal s počítači, mělo Atari 800XL tehdy přivezené ze západu 64 kB paměti. Do ní se musel vejít celý program, v mém případě tehdy počítačové hry. Kupodivu tehdejší hry jsou i na hardwarové limity doby velmi zdařilé. S příchodem písíček se mnoho změnilo, nároky na paměť jsou mnohem větší. Před deseti lety jsem měl v počítači 4MB Fast Page DRAM, dnes mám půl giga DDR400.
Nárůst kapacity DRAM pamětí je možný především díky vyspělým výrobním technologiím a stále menším transistorům. Paměti jsou vyráběny na waferech a těží ze stejných pokroků, které táhnou dopředu výkon procesorů nebo grafických karet. Graf výše ukazuje, že zatímco v roce 1999 bylo možné mít na jednom čipu kapacitu 128 Mbitů (16 MByte), dnes je možné sehnat i 1 Gbit (128 MByte) čipy. Osm takových čipů na jedné straně tištěného spoje vytváří gigabytový modul DIMM.
DDR SDRAM 64bit DIMM modul tvořený osmi čipy
Protože hustota čipů se zvětšuje exponenciálou, i poptávka reaguje exponenciálou - lidé si za stejné peníze mohou dovolit víc, tak také více nakupují.
Programy jsou stále větší a i v zájmu rychlosti je, aby programy byly větší - podpora více procesorů v rámci více vláken znamená delší kód, optimalizace často také znamenají větší kód - například inlining funkcí zkracuje dobu potřebnou k vykonání kódu o funkční volání, ale také natahuje kód. Jsou tu neefektivní programovací "pajazyky" jako PHP, které na paměťové náročnosti rozhodně neuberou.
Konečně také paměti musí pracovat rychleji. Větší programy pracují rychleji, ale to pouze za předpokladu, že paměť není brzdou.
Problém dnešních pamětí
Zvyšující se hustota při zvyšující se celkové kapacitě a ještě se zvyšující rychlosti neznamenají nic dobrého. Fyzikální zákony nelze překonat a paměti začínají více hřát a především - jejich ovládání je čím dál tím složitější. Vývoj v současnosti používaných pamětí SDRAM (Synchronized Dynamic Random Access Memory) začal již zhruba před deseti lety. První čipset s jejich podporou se objevil v roce 1997 a paměti tehdy pracovaly na 66 MHz. Od té doby se frekvence zvýšila na dnes běžných 200 MHz a data se začaly přenášet dvakrát během jednoho cyklu. Protože rychlost se rapidně zvýšila a s jednotlivými čipy na modulu se komunikuje paralelně, řadiče pamětí již nezvládají obsluhovat víc než 2 moduly DDR400. Jednak řadiče mají problém samy o sobě zvládat tak vysoké frekvence a za druhé...
... jednotlivé moduly mají vlivem rozdílné vzdálenosti od čipsetu různé impedance, tj. trochu jiné charakteristiky spoje s řadičem. To při velkých datových šířkách znamená problémy se synchronizací přísunu dat z jednotlivých modulů. Čím vyšší frekvence, tím hůř.
Zatímco poptávka po kapacitě roste, rychlost pamětí naopak vyžaduje kapacitu malou. Dohromady tyto dva požadavky nelze skloubit. Nejčastěji se používá řešení spočívající ve znásobení počtu řadičů pamětí - namísto jednoho jsou často v čipsetu dva (případ i865, i875, nForce 2, KT880, PT880, řadiče v AMD64 procesorech...).
Integrace více řadičů zvýší propustnost pamětí teoreticky až na dvojnásobek, ale má i negativa - náročnost umístění spojů mezi čipsetem a DIMM sloty je mnohem vyšší, protože nyní musí být na stejném místě dvojnásobné množství vodičů. Tento požadavek obvykle vyústí v použití více vrstev plošných spojů základní desky. A to stojí peníze.
Uživatelé chtějí od pamětí stále více. Paměti musí být větší a stále rychlejší. Když jsem v osmdesátých letech začínal s počítači, mělo Atari 800XL tehdy přivezené ze západu 64 kB paměti. Do ní se musel vejít celý program, v mém případě tehdy počítačové hry. Kupodivu tehdejší hry jsou i na hardwarové limity doby velmi zdařilé. S příchodem písíček se mnoho změnilo, nároky na paměť jsou mnohem větší. Před deseti lety jsem měl v počítači 4MB Fast Page DRAM, dnes mám půl giga DDR400.
Nárůst kapacity DRAM pamětí je možný především díky vyspělým výrobním technologiím a stále menším transistorům. Paměti jsou vyráběny na waferech a těží ze stejných pokroků, které táhnou dopředu výkon procesorů nebo grafických karet. Graf výše ukazuje, že zatímco v roce 1999 bylo možné mít na jednom čipu kapacitu 128 Mbitů (16 MByte), dnes je možné sehnat i 1 Gbit (128 MByte) čipy. Osm takových čipů na jedné straně tištěného spoje vytváří gigabytový modul DIMM.
DDR SDRAM 64bit DIMM modul tvořený osmi čipy
Protože hustota čipů se zvětšuje exponenciálou, i poptávka reaguje exponenciálou - lidé si za stejné peníze mohou dovolit víc, tak také více nakupují.
Programy jsou stále větší a i v zájmu rychlosti je, aby programy byly větší - podpora více procesorů v rámci více vláken znamená delší kód, optimalizace často také znamenají větší kód - například inlining funkcí zkracuje dobu potřebnou k vykonání kódu o funkční volání, ale také natahuje kód. Jsou tu neefektivní programovací "pajazyky" jako PHP, které na paměťové náročnosti rozhodně neuberou.
Konečně také paměti musí pracovat rychleji. Větší programy pracují rychleji, ale to pouze za předpokladu, že paměť není brzdou.
Problém dnešních pamětí
Zvyšující se hustota při zvyšující se celkové kapacitě a ještě se zvyšující rychlosti neznamenají nic dobrého. Fyzikální zákony nelze překonat a paměti začínají více hřát a především - jejich ovládání je čím dál tím složitější. Vývoj v současnosti používaných pamětí SDRAM (Synchronized Dynamic Random Access Memory) začal již zhruba před deseti lety. První čipset s jejich podporou se objevil v roce 1997 a paměti tehdy pracovaly na 66 MHz. Od té doby se frekvence zvýšila na dnes běžných 200 MHz a data se začaly přenášet dvakrát během jednoho cyklu. Protože rychlost se rapidně zvýšila a s jednotlivými čipy na modulu se komunikuje paralelně, řadiče pamětí již nezvládají obsluhovat víc než 2 moduly DDR400. Jednak řadiče mají problém samy o sobě zvládat tak vysoké frekvence a za druhé...
... jednotlivé moduly mají vlivem rozdílné vzdálenosti od čipsetu různé impedance, tj. trochu jiné charakteristiky spoje s řadičem. To při velkých datových šířkách znamená problémy se synchronizací přísunu dat z jednotlivých modulů. Čím vyšší frekvence, tím hůř.
Zatímco poptávka po kapacitě roste, rychlost pamětí naopak vyžaduje kapacitu malou. Dohromady tyto dva požadavky nelze skloubit. Nejčastěji se používá řešení spočívající ve znásobení počtu řadičů pamětí - namísto jednoho jsou často v čipsetu dva (případ i865, i875, nForce 2, KT880, PT880, řadiče v AMD64 procesorech...).
Integrace více řadičů zvýší propustnost pamětí teoreticky až na dvojnásobek, ale má i negativa - náročnost umístění spojů mezi čipsetem a DIMM sloty je mnohem vyšší, protože nyní musí být na stejném místě dvojnásobné množství vodičů. Tento požadavek obvykle vyústí v použití více vrstev plošných spojů základní desky. A to stojí peníze.
