DDR4 – kdy se posuneme k vyšším výkonům?

10. 4. 2013 07:00    Rubrika: Technologie    Autor: Jakub Pavlis

Konsorcium JEDEC, které zodpovídá za specifikace počítačových pamětí, již téměř před půl rokem vydalo kompletní normu pro paměti DDR4? Kde tedy jsou, co se s nimi děje a kdy už je budeme moci osadit do svých notebooků?

Na rozdíl třeba od grafických karet nebo procesorů se technologie pamětí mění v podstatě v desetiletých cyklech a jeden takový, s paměťmi DDR3, se pomaličku blíží ke svému konci. Není to tak dávno, co se nástup nových pamětí datoval právě do roku letošního, do roku 2013. Není to úplně nepřesné, ale jedním dechem se musí dodat hodně upřesnění. A kvůli nim máme dnešní článek.

Konsorcium JEDEC vydalo specifikace loni koncem září, takže na první pohled čas utíká a nic moc se neděje. Ale není tomu tak. Jeden z největších výrobců pamětí, Samsung, prezentuje své DDR4 paměti a pokrok na nich vykonaný už od roku 2011. A na Posledním veletrhu CES už DDR4 minimálně ve formě prototypů představili vlastně všichni zásadní výrobci a přinejmenším Samsung deklaroval svou připravenost zahájit výrobu prakticky okamžitě, prozatím na 30nm technologii, tu používá zatím i Micron a další výrobci. Problém je tedy jinde, na vině jsou výrobci procesorů. Takže než si představíme specifikaci DDR4, podívejme se nejprve, co zamýšlí oni.

Pokud jde o výrobce procesorů, první jde vždy Intel. Právě jeho přístup k pamětem a především paměťovým řadičům všechno brzdí. Přes nespornou připravenost výrobců DDR4 v poslední aktualizaci generace Ivy Bridge nepadlo o úpravě paměťových řadičů ani slovo a se změnou se počítá až u architektury Haswell, která se na trhy podívá v nejlepším případě letos na podzim. A to půjde jen o Haswelly pro nasazení do serverů a možná o řadu Haswell-E pro jediný socket, kterou by mohlo být (podobně jako u dnešní E-řady) umístit i do výkonných desktopů.

Jak to bude s podporou DDR4 u AMD je ještě složitější předvídat, AMD se soustředí na levnější a méně výkonné procesory a APU, takže nová a z počátku drahá technologie asi nebude jejich prioritou. Minimálně u nadcházející generace SteamRoller se s DDR4 nijak nepočítá.

Do hry vstupuje ještě jeden, na první pohled nenápadný konkurent, totiž procesory ARM. ARM Holdings již oznámila dokončení vývoje paměťového řadiče pro DDR4, vzhledem k typickému nasazení ARM procesorů (ultramobilní zařízení) je pro ně ještě zajímavější než zrychlení potenciálně nižší spotřeba. Krom toho díky technologii CoreLink CCN-504, která umožňuje spojovat čtyřjádrové moduly podobně jako u spřažených víceprocesorových sestav, chystá až šestnáctijádrové procesory, které by mohly být zajímavé i pro produkty vyžadující vyšší výkon, než s jakým se spokojí mobilní telefony.

Obecně se očekává nasazení DDR4 pamětí na konci tohoto roku do serverových sestav, jejich objem na trhu však bude minimální. Ke zvratu by mělo dojít po masivním nasazení procesorů Intel generace Haswell do všech typů počítačů a zhruba koncem roku 2015 se očekává nadpoloviční objem na trhu. U nejlevnějších ultramobilních zařízení však DDR3 paměti mohou přežívat ještě celkem dlouho. Navíc zejména do roku 2016 půjde zřejmě o lehce dražší možnost především pro střední a vyšší segment veškerého počítačového trhu. Technologie by měla vydržet zhruba do roku 2020, pak opět záleží na tom, jaké budou plány výrobců procesorů.

A jek je to s konkrétními specifikacemi?

DDR4 jsou stále přímým pokračováním technologie SDRAM (synchronous dynamic random-access memory) používaných pro operační paměť počítačů již od začátku 70. let. Hlavním očekávaným vylepšením je samozřejmě zvýšení výkonu, tedy počtu vykonaných transferů (2133–4266 MT/s) a hodinové frekvence. Pro mobilní uživatele je hodně zajímavý údaj o snížení pracovního napětí do oblasti 1,05 – 1,2 V (DDR3 pracovaly mezi 1,2 a 1,6 V), což vede k rozpoznatelnému snížení spotřeby. Micron u svých 30nm modulů mluví o 20% snížení, po přechodu na 20nm proces ještě pár procent přibude. Celkem jednoznačný přínos by měl být i v rámci kapacity paměťových modulů, i když nelze očekávat okamžité změny k lepšímu, neboť startovat se bude zřejmě na kapacitách 8 a 16 GB, výhledově se ale očekávají až 128GB moduly při zachování stávající technologie.

Objevují se i další úvahy, například Micron plánuje spojit stávající DRAM paměti s NAND čipy. Flash část by měla vlastní kontroler a přidávala by kapacitu (už v počátcích minimálně 256 GB, DRAM paměť by zajišťovala rychlost. I název této technologie, Hybrid DIMM (HDIMM), poukazuje na inspiraci u hybridních pevných disků.

Nové paměti s sebou nesou i problémy k vyřešení. Hlavním je změna topologie, protože DDR4 nepodporují zapojení více modulů DIMM pod jeden kanál řadiče, bude tedy třeba nasadit čtyřkanálové řadiče, které také logicky zaberou trošku více místa v dnes již tak stísněných podmínkách čipů procesorů.

Pro výrobu se počítá s 20nm procesem, byť dosud výrobci představovali prototypy vyrobené procesem 30nm (nebo větším, ne všichni na CES tuto informaci uvolnili. Moduly mohou obsahovat 16 interních bank a na modulu DIMM pro ně bude 8 pozic. Časované budou paměti od minimálně CL12, předváděné prototypy pracovaly na CL13.

Při výrobě DRAM se očekává výrazné zvýšení paměťové hustoty, což by mělo i při vysokých cenách modulů znamenat od počátku konkurenceschopnou cenu za paměťovou jednotku. Na zvýšení hustoty se budou podílet i technologie jako 3D stacking a TSV (trough-silicon via). Výrazně se ušetří i na materiálu (kolem 8-10% oproti DDR3).

Změna bude i u fyzických parametrů DIMM modulů, část z nich si vyžádalo konstrukční řešení, část prostá bezpečnost (posunutí výřezu zámku například pomáhá zabránit osazení nekompatibilního modulu do slotu). Moduly budou mít 284 (DIMM) nebo 256 (SO-DIMM) pinů, které budou široké pouze 0,85 mm. Naopak šířka modulů se zvětší o 0,2 mm, zde je to dáno konstrukčně, je použito více vrstev v plošném spoji.

Technologie i výroba pamětí DDR4 jsou připraveny a čeká se jen na dvě věci. Podporu výrobců procesorů a otevřené peněženky, nás, spotřebitelů. DDR3 o úplnou nadvládu nad paměťovým trhem bojovaly téměř pět let, jak dlouho to bude trvat DDR4?