Системная память взгляд в будущее

Системная память взгляд в будущее. До 2000 года в мир персональных компьютеров войдет несколько новых архитектур высокоскоростной памяти. В настоящее время, с конца 1997 года по начало 1998 основная память PC осуществляет эволюцию от EDO RAM к SDRAM - синхронную память, которая, как ожидается будет доминировать на рынке с конца 1997 года. Графические и мультимедийные системы в которых сегодня применяется RDRAM перейдет к концу года на Concurent конкурентную RDRAM. Итак, в период между 1997 и 2000 годом будут развиваться пять основных технологий SDRAM II DDR SLDRAM SyncLink RAMBus RDRAM Concurent RAMBus Direct RAMBus. График, приведенный ниже, приближенно демонстрирует время появления и применения будущих технологий памяти.

Крайне сложно предсказать, на чем остановится прогресс.

Все десять крупнейших производителей памяти, такие как Samsung, Toshiba и Hitachi, разрабатывающие Direct RDRAM, также продолжают развивать агрессивную политику, направленную на развитие альтернативных технологий памяти следующих поколений, таких как DDR и SLDRAM. В связи с этим образовалось любопытное объединение конкурентов.

Тем не менее, несмотря на некоторую неизвестность, попытаемся дать общий обзор и объяснение того, что и где будет применяться в ближайшее время. В первой части материала описываются причины, которые заставляют переходить к новым технологиям памяти. Во второй части статьи приводится описание шести основных технологий, их сходства и различия. Необходимость увеличения производительности системы памяти. Быстрое развитие аппаратных средств и программного обеспечения привело к тому, что вопрос эффективности встает на первое место.

Фактически, несколько лет назад, Гордон Мур, президент корпорации Intel, предсказал, что мощность центрального процессора в персональном компьютере будет удваиваться каждые 18 месяцев Закон Мура. Мур оказался прав. С 1980 года до настоящего момента тактовая частота процессора Intel, установленного в персональном компьютере возрасла в 60 раз с 5 до 300MHz. Однако, за то же время, частота, на которой работает системная память со страничной организацией FPM, возрасла всего в пять раз. Даже применение EDO RAM и SDRAM увеличило производительность системы памяти всего в десять раз. Таким образом, между производительностью памяти и процессора образовался разрыв.

В то время как процессоры совершенствовались в архитектуре, производство памяти претерпевало лишь технологические изменения. Емкость одной микросхемы DRAM увеличилась с 1Мбит до 64Мбит. Это позволило наращивать объем применяемой в компьютерах памяти, но изменения технологии в плане увеличения производительности DRAM не произошло.

Короче говоря, скорость передачи не увеличилась вслед за объемом. Что касается потребностей, то в следствии применения нового программного обеспечения и средств мультимедиа, потребность в быстродействующей памяти нарастала. С увеличением частоты процессора, и дополнительным использованием средств мультимедиа новым программным обеспечением, не далек тот день, когда для нормальной работы PC будут необходимы гигабайты памяти.

На этот процесс также должно повлиять внедрение и развитие современных операционных систем, например Windows NT. Чтобы преодолеть возникший разрыв, производители аппаратных средств использовали различные методы. SRAM Static RAM применялся в кэше для увеличения скорости выполнения некоторых программ обработки данных. Однако для мультимедиа и графики его явно недостаточно. Кроме того, расширилась шина, по которой осуществляется обмен данными между процессором и DRAM. Однако теперь эти методы не справляются с нарастающими потребностями в скорости.

Теперь на первое место выходит необходимость синхронизации процессора с памятью, однако, существующая технология не позволяет осуществить этот процесс. Следовательно, возникает необходимость в новых технологиях памяти, которые смогут преодолеть возникший разрыв. Кроме SDRAM, это DDR, SLDRAM, RDRAM, Concurrent RDRAM, и Direct RDRAM. Шесть технологий памяти будущего. Определения SDRAM Synchronous синхронная DRAM синхронизирована с системным таймером, управляющим центральным процессором.

Часы, управляющие микропроцессором, также управляют работой SDRAM, уменьшая временные задержки в процессе циклов ожидания и ускоряя поиск данных. Эта синхронизация позволяет также контроллеру памяти точно знать время готовности данных. Таким образом, скорость доступа увеличивается благодаря тому, что данные доступны во время каждого такта таймера, в то время как у EDO RAM данные бывают доступны один раз за два такта, а у FPM - один раз за три такта.

Технология SDRAM позволяет использовать множественные банки памяти, функционирующие одновременно, дополнительно к адресации целыми блоками. SDRAM уже нашла широкое применение в действующих системах. SDRAM II DDR Synchronous DRAM II, или DDR Double Data Rate - удвоенная скорость передачи данных - следующее поколение существующей SDRAM. DDR основана на тех же самых принципах, что и SDRAM, однако включает некоторые усовершенствования, позволяющие еще увеличить быстродействие. Основные отличия от стандартного SDRAM во-первых, используется более продвинутая синхронизация, отсутствующая в SDRAM а во-вторых, DDR использует DLL delay-locked loop - цикл с фиксированной задержкой для выдачи сигнала DataStrobe, означающего доступность данных на выходных контактах.

Используя один сигнал DataStrobe на каждые 16 выводов, контроллер может осуществлять доступ к данным более точно и синхронизировать входящие данные, поступающие из разных модулей, находящихся в одном банке. DDR фактически увеличивает скорость доступа вдвое, по сравнению с SDRAM, используя при этом ту же частоту.

В результате, DDR позволяет читать данные по восходящему и падающему уровню таймера, выполняя два доступа за время одного обращения стандартной SDRAM. Дополнительно, DDR может работать на большей частоте благодаря замене сигналов TTLLVTTL на SSTL3. DDR начала производиться в 1998 году. SLDRAM SyncLink SLDRAM, продукт DRAM-консорциума, является ближайшим конкурентом Rambus.

Этот консорциум объединяет двенадцать производителей DRAM. SLDRAM продолжает дальнейшее развитие технологии SDRAM, расширяя четырехбанковую архитектуру модуля до шестнадцати банков. Кроме того, добавляется новый интерфейс и управляющая логика, позволяя использовать пакетный протокол для адресации ячеек памяти. SLDRAM передает данные так же как и RDRAM, по каждому такту системного таймера. SLDRAM начала производиться в 1999 году. RDRAM RDRAM - многофункциональный протокол обмена данными между микросхемами, позволяющий передачу данных по упрощенной шине, работающей на высокой частоте. RDRAM представляет собой интегрированную на системном уровне технологию.

Ключевыми элементами RDRAM являются модули DRAM, базирующиеся на Rambus ячейки Rambus ASIC RACs схема соединения чипов, называемая Rambus Channel. RamBus, впервые использованный в графических рабочих станциях в 1995 году, использует уникальную технологию RSL Rambus Signal Logic - сигнальная логика Rambus, позволяющую использование частот передачи данных до 600MHz на обычных системах и материнских платах.

Существует два вида Rambus - RDRAM и Concurrent RDRAM. Микросхемы RDRAM уже производятся, а Concurrent RDRAM будет запущена в производство в конце 1997 года. Третий вид RDRAM - Direct RDRAM, находится в стадии разработки, а его начало ее производства планируется в 1999 году. Rambus использует низковольтовые сигналы и обеспечивает передачу данных по обоим уровням сигнала системного таймера.

RDRAM использует 8-битовый интерфейс, в то время как EDO RAM и SDRAM используют 4 8- и 16-битовый интерфейс. RAMBUS запатентована 11 крупнейшими производителями DRAM, обеспечивающими 85 всего рынка памяти. Samsung в настоящее время проектирует 1618-Mбитную и 64-Mбитную RDRAM. Toshiba же уже производит 1618-Mбитную RDRAM и разрабатывает 64-Mбитную RDRAM. В 1996 году консорциум RDRAM получил поддержку со стороны корпорации Intel, и новые чипсеты фирмы Intel будут поддерживать технологию RDRAM с 1999 года. В настоящее время игровые видеоприставки Nintendo 64 используют технологию Rambus для 3D-графики и звука высокого качества. Стандартные PC производства Gateway и Micron поддерживают карты фирмы Creative Labs c Rambus на борту.

Concurrent Rambus Concurrent Rambus использует улучшенный протокол, показывающий хорошее быстродействие даже на маленьких, случайно расположенных блоках данных. Concurrent Rambus применяется для 16186472-Mбитных модулей RDRAM. Это второе поколение RDRAM, отличается высокой эффективностью, необходимой для графических и мультимедийных приложений.

По сравнению с RDRAM, применен новый синхронный параллельный протокол для чередующихся или перекрывающихся данных. Эта технология позволяет передавать данные со скоростью 600Мбсек на канал и с частотой до 600MHz с синхронным параллельным протоколом, который еще повышает эффективность на 80. Кроме того эта технология позволяет сохранить совместимость с RDRAM прошлого поколения. Планируется, что в 1998 году, благодаря дополнительным улучшениям, скорость передачи может достигнуть 800MHz. Direct Rambus Технология Direct Rambus - еще одно расширение RDRAM. Direct RDRAM имеют те же уровни сигналов RSL Rambus Signaling Level - уровень сигналов Rambus, но более широкую шину 16 бит, более высокие частоты выше 800MHz и улучшенный протокол эффективность выше на 90. Однобанковый модуль RDRAM будет обеспечивать скорость передачи 1.6Гбайтсек, двухбанковый - 3.2Гбайтсек.

Direcr Rambus использует два 8-битных канала для передачи 1.6Гбайт и 3 канала для получения 2.4Гбайт. SDRAMDDR SDRAMSLDRAMRDRAMConcurrent RDRAMDirect RDRAMСкоость передачи данных125 Mbsec200 Mbsec400 Mbsec600 Mbsec600 Mbsec1.6GbsecMHz125200400600600800Станда ртJEDECJEDECSLDRAM ConsotiumRAMBUSRAMBUSRAMBUSВремя появления Питание3.3В3.3.В2.53.3В3.3В2.5В Также перспективными из более далекого будущего кажутся модули памяти, в которых роль конденсатора элемента памяти будет играть колечко из сверхпроводника.

Центральный процессор.

Современные центральные процессоры работают на тактовых частотах до 1гигагерца и со скоростью в миллиарды операций в секунду. Перед тем, как осветить последние технологические новшества в области производства процессоров, приведем несколько схем, на основе которых процессоры и собираются. Дело в том, что суть центрального процессора это счет и логические действия. Как легко догадаться, аппарат счета в двоичной системе счисления является достаточно простой комбинацией логических схем И , ИЛИ и НЕ .