DDR3 SDRAM

DDR3 SDRAM (double-data-rate three synchronous dynamic random access memory) on üks tänapäeval kasutatavaid dünaamilisi muutmälusid, millel on kiire ülekandekiirusega liides. See on üks paljudest dünaamilise muutmälu või sellega seotud liidese tehnoloogiatest, mis on kasutusel juba 1970. aastate algusest. See ei ole otseselt ühilduv ühegi vanema tüübiga, isegi mitte DDR2 SDRAMiga. See on tingitud erinevatest signaalipingetest, ajastustest ja teistest teguritest.

DDR3 on DRAMi liidese täpsustus. Tegelikud DRAM-i andmemassiivid, mis andmeid talletavad, sarnanevad vanemate tüüpidega, millel on sarnane jõudlus.

Peamine DDR3 kasutegur selle eelkäija DDR2 ees on võime andmeid edastada kaks korda kiiremini (8× kiiremini oma sisemise mälu massiividest). See võimaldab kiiremat ja suuremat andmeedastusmahtu. Lisaks lubab DDR3-standard kiibi mahuks kuni 8 gigabitti, võimaldades sedasi mälumooduli suuruseks kuni 16 gigabaiti (kasutades 16 kiipi).

Kasutades kahte edastust tsükli kohta neljakordistatud kellaga, võib 64 bitti lai DDR3-moodul saavutada edastuskiiruse kuni 64 korda kiirema mälu kellast MB/sekundites.

Ülevaade

DDR3, DDR2 ja DDR mälude võrdlus, tähelepanu on juhitud ühendussälgu asukohtadele

DDR3 mälu tarbib 30% vähem voolu võrreldes DDR2-mooduliga, kuna DDR3 1,5 V toitepinge on madalam kui DDR2 1,8 V või DDR 2,5 V. 1,5 V toitepinge töötab hästi koos 90-nanomeetrise tootmistehnoloogiaga, mida kasutati algsetes DDR3-kiipides. Mõned tootjad on välja pakkunud, et nad kasutaks edasi "kaksikvärava" transistore (dual-gate transistors), et vähendada voolulekkeid.

Vastavalt JEDEC-le on maksimaalne soovituslik pinge 1,575 volti ja seda peaks arvestama kui absoluutset maksimumi, kui mälu stabiilsus kõige tähtsam on, näiteks serverites või teistes kriitilise tähtsusega seadmetes. Lisaks määrab JEDEC, et mälumoodulid peavad vastu pidama kuni 1,975-voldisele pingele enne püsivate kahjustuste tekkimist, kuid ei ole nõutav, et nad sellisel pingel korrektselt töötaksid.

JEDEC tutvustas DDR3L-standardit madala toitepingega DDR3-mälu jaoks, seda kasutavad näiteks DDR3L-800, DDR3L-1066, DDR3L-1333 ja DDR3L-1600. DDR3L-mälud töötavad 1,35-voldisel pingel. See tähendab, et need mälud kasutavad 15% vähem voolu kui DDR3 ja 40% vähem voolu kui DDR2-mälud. DDR3L-mooduleid märgistati kui "PC3L".

Põhiline DDR3 kasutegur tuleneb tema suuremast andmeedastusmahust, mida võimaldab 8-burst-deep prefetch buffer, võrreldes DDR2 4-burst ja DDR-i 2-burst puhvritega. DDR3-moodulid suudavad andmeid kanda kiirusel 800–2133 MT/s, kasutades selleks 400–1066 MHz I/O kella tõusvaid ja langevaid servi. Edasimüüjad teevad kohati vea, märkides I/O kella MT/s taktsageduseks MHz. MT/s on tavaliselt kahekordne MHz-ga tänu „double-sampling'ule". Võrdluseks on DDR2 praegusteks andmeedastuskiiruseks 400–1066 MT/s kasutades 200–533 MHz I/O kella ja DDR-i 200–400 MT/s, mis põhineb 100–200 MHz I/O kellal. Kõrge jõudlusega graafika oli esimene, mis sellist andmeedastuskiirust nõudis. Vaja oli kiiret andmeedastuskiirust kaadripuhvrite (framebuffer) vahel.

Esimesi DDR3 prototüüpe tutvustati 2005. aasta algul. Tooted emaplaatide näol ilmusid turule 2007. aasta juunis. Need põhinesid Inteli P35 Bearlake'i kiibistikul, mille DIMM-id (Dual in-line memory module) toetasid kuni DDR3-1600 (PC3-12800) andmeedastust. Intel Core i7 protsessor, mis lasti välja novembris 2008, suhtleb mäluga otse, ilma kiibistiku abita. Core i7 toetab ainult DDR3-tüüpi mälusid. AMD esimesed AM3 pesaga Phenom II X4 protsessorid, mis anti välja veebruaris 2009, olid AMD esimesed DDR3 toega protsessorid.

DDR3 DIMM mälumoodulitel on 240 kontakti, need on elektriliselt mitteühilduvad DDR2-moodulitega ja neil on ühendussälk teises kohas. DDR3 SO-DIMM mälumoodulitel on 204 kontakti.

GDDR3, millel on küll sarnane nimi, kuid täiesti erinev tehnoloogia, on kasutusel videokaartides. GDDR3-le on mõnikord valesti viidatud kui DDR3-le.

Latentsused

Kui tavalised latentsused JEDEC DDR2 moodulitel olid 5-5-5-15, siis mõned standardlatentsused JEDEC DDR3 moodulitel on 7-7-7-20 DDR3-1066 jaoks ja 7-7-7-24 DDR3-1333 jaoks.

DDR3 latentsused on numbriliselt suuremad, kuna I/O siini kella tsüklid, milles neid mõõdetakse, on väiksemad. Tegelik ajaintervall sarnaneb DDR2 latentsusajaga (ligikaudu 10 ns). On mõningad edasiarendused, kuna DDR3 kasutab hilisemaid tootmisvõtteid, aga see ei ole otseselt seotud DDR3 kasutusele võtmisega.

Nagu varasemate mälu generatsioonidega, tulid DDR3 kiiremad variandid kasutusele pärast algvariante. DDR3-2000 mälu koos 9-9-9-28 latentsusega (9 ns) oli kättesaadav umbes samal ajal kui Intel tõi välja Core i7. CAS (veeruaadressi strobeerimine, column adress strobe) latentsus 9 1000MHz (DDR3-2000) juures on 9 ns, kuid CAS latentsus 7667 MHz juures (DDR3-1333) on 10,5 ns.

Näide:

(CAS ÷ sagedus (MHz)) × 1000 = X ns

(7 ÷ 667) × 1000 = 10,4948 ns

Laiendused

Intel Corporation tutvustas ametlikult eXtreme Memory Profile (XMP) täiendust 23. märtsil 2007, et oleks võimalik rakendada jõudluslaiendeid traditsioonilise JEDEC SPD täienduste jaoks DDR3 SDRAM-ile.

Moodulid

JEDEC standardmoodulid

Standardi nimetus	Mälu kell (MHz)	Tsükli aeg (ns)	I/O taktsagedus (MHz)	Andme määr (MT/s)	Mooduli nimetus	Ülekande kiiruse tipp (MB/s)	Ajastused (CL-nRCD-nRP)
DDR3-800D DDR3-800E	100	10	400	800	PC3-6400	6400	5-5-5 6-6-6
DDR3-1066E DDR3-1066F DDR3-1066G	133	71/2	533	1066	PC3-8500	8533	6-6-6 7-7-7 8-8-8
DDR3-1333F* DDR3-1333G DDR3-1333H DDR3-1333J*	166	6	667	1333	PC3-10600	10 667	7-7-7 8-8-8 9-9-9 10-10-10
DDR3-1600G* DDR3-1600H DDR3-1600J DDR3-1600K	200	5	800	1600	PC3-12800	12 800	8-8-8 9-9-9 10-10-10 11-11-11
DDR3-1866J* DDR3-1866K DDR3-1866L DDR3-1866M*	233	42/7	933	1866	PC3-14900	14 933	10-10-10 11-11-11 12-12-12 13-13-13
DDR3-2133K* DDR3-2133L DDR3-2133M DDR3-2133N*	266	33/4	1066	2133	PC3-17000	17 066	11-11-11 12-12-12 13-13-13 14-14-14

* vabatahtlik

Märkus: Kõik eespool välja toodud on määratud JEDEC-ga nagu JESD79-3D. Kõik andmemäärad mis on nende vahel või üle välja toodud spetsifikatsioonide, ei ole standardis JEDEC poolt vaid on tavaliselt lihtsalt tootjate pool optimeeritud, kasutades vastupidavamaid kiipe. Nendest mitte standard näitajatest on kiireimaks registreeritud DDR3-2544, seisuga mai 2010.

DDR3-xxx tähistab andmeedastuskiirust ja kirjeldab puhast DDR kiipi, kuid PC3-xxxx tähistab teoreetilist andmete läbilaskevõimet (viimased kaks numbrit on kärbitud) ja seda kasutatakse valmisolevate DIMM-moodulite kirjeldamiseks. Läbilaske võimet arvutatakse nii, et võetakse ülekanded sekundis ja korrutatakse need kaheksaga. See on sellepärast et DDR3-mälumoodulid kannavad andmeid siinil mis on 64 bitti lai ja kuna bait on 8 bitti, siis see võrdub 8 baidiga andmevooga iga ülekande kohta.

Lisaks andmemahule ja läbilaskevõimele on mälumoodulid võimelised:

1. Iseseisvalt rakendama ECC, mis on lisa andme baidi rada, mida kasutatakse väikeste vigade parandamiseks ja suurte vigade tuvastamiseks parema töökindluse jaoks. Mälumoodulid, millel on ECC, on ära tuntavad lisamärkega ECC või E nende nime taga. Näiteks : PC3-6400 ECC või PC3-8500E.
2. Registreeruma, mis parandab signaali usaldusväärsust (ja seega ka potentsiaalselt taktsagedust ja füüsilist pesa suurust), puhverdades elektriliselt registriga signaale, ohverdades kella latentsust. Sellised mälumoodulid on tuvastatavad R-iga nende nime järel, kuid mitteregistreeritud (puhverdamata) RAM-i võib tuvastada U-ga selle nime järel. PC3-6400R on registreeritud PC3-6400 mälumoodul, PC3-6400R ECC on aga sama mudel ECC toega.
3. Olema täiesti puhverdatud moodulid, mis on tuntavad F või FB lisandiga ja neil ei ole ühendussälk samas kohas. Täiesti puhverdatud mooduleid ei saa kasutada emaplaatidel, mis on valmistatud registreeritud mälumoodulite jaoks ja nende erinev ühendussälgu asukoht hoiab nende sisestamise füüsiliselt ära.

Omaduste kokkuvõte

DDR3 SDRAM-i komponendid

• Asünkroonse RESET kontakti tutvustus
• Toetab süsteemi tasemel lennuaja hüvitist
• On-DIMM peegel-sõbralik DRAM pinout
• CAS kirjutus latentsus (CAS write latency) kella salve kohta
• On-die I / O kalibreerimise mootor
• Lugemise ja kirjutamise kalibreerimine

DDR3-moodulid

• Käigult käsu/aadressi/kontroll siini koos on-DIMM lõpetamisega
• Ülitäpsed kalibreerimise takistid
• Ei ole tahapoole ühilduvad – DDR3-moodulid ei mahu DDR2-pesadesse; jõuga sundides võivad nad kahjustada DIMM-i ja/või emaplaati

Tehnoloogilised eelised võrreldes DDR2-ga

• Suurem läbilaskevõime, kuni 2133 MT/s standardiseeritud moodulitel
• Veidi paremad latentsused, mõõdetud nanosekundites
• Suurem jõudlus vähema vooluga (pikem aku eluiga sülearvutitel)
• Vähese voolutarbe parandatud omadused

Turu läbimurre

Kuigi DDR3 lasti välja 2007. aastal, siis ei oodatud, et DDR3 müüginumbrid kasvaksid suuremaks kui DDR2 omad enne 2009. aasta lõppu, või isegi 2010. aasta algul, rääkis Inteli strateeg Carlos Weissenberg nende väljalaskmise varases staadiumis 2008. aasta augustis (samad vaated olid ka 2007. aasta aprillis turu-uuringuettevõttel DRAMeXchange'il). Peamine DDR3-mälude kasutus hulga kasvu eestvedajateks on Inteli Core i7 ja AMD Phenom II protsessorid, mõlematel on sisemised mälukontrollerid. Phenom II-le on soovituslikud DDR3-mälud, ja Core i7 ainult DDR3 toetabki. IDC teatas 2009. aasta jaanuaris, et DDR3-moodulid moodustavad 29% kogu DRAM-moodulite müüginumbritest 2009. aastal, kasvades kuni 72%-ni 2011. aastaks.

Järeltulija

Intel Developer Forum San Franciscos avalikustas, et DDR3-mälu järeltulijaks saab DDR4 2012. aastal. Selle väljatoomisega oodatakse, et see töötab 1,2 voldi või vähemaga, võrreldes DDR3 1,5-voldiste kiipidega, ja et sellel on rohkem kui 2 miljardit andmeedastust sekundis.