RAM

Introducere

Memoria RAM(Random Acces Memory) este un dispozitiv de stocare a informatiilor. In zilele noastre memoria RAM ia forma unor circuite integrate care permit accesarea informatiei stocate in mod aleator (random). Cuvantul “aleator” se refera astfel la faptul ca orice data stocata poate fi accesata in timp constant, neavand relevanta unde este fizic localizata informatia pe modulul RAM sau de faptul ca este sau nu legata de informatia stocata apelata anterior. Acesta modalitate de scriere si citire contrasteaza cu modurile standard de stocare a datelor, ca de exemplu discurile magnetice folosite in hard-uri sau discurile optice, care se bazeaza pe miscarea fizica a medium-ului pe care este inregistrata informatia sau a capului de citire.
RAM-ul este de obicei asociat cu tipurile volatile de memorii (de exemplu DRAM) care pierd informatia stocata odata cu oprirea sursei de curent.

In general tipurile de RAM dezvoltate recent stocheaza informatia folosind tranzistoare (mai precis folosind proprietatea acestora de fi bistabile) in memoriile SRAM(Static RAM) sau folosind niste mini condesatoare(capacitoare care acumuleaza energie, in cazul nostru informatie) in memoriile DRAM(Dynamic RAM), EPROM, EEPROM si Flash.
Primul tip de memorie RAM a fost memoria cu miez magnetic care a fost inventata in 1951, si folosita in toate computer-ele pana la dezvoltarea memoriei RAM statica si dinamica de la sfarsitul anilor 1960 inceputul anilor 1970. Pana la descoperirea memoriilor tip RAM computer-ele se bazau pe relee sau pe lampi pentru stocarea datelor.

DRAM si SRAM

Dynamic RAM este un tip de memorie care stocheaza fiecare bit de informatie intr-un condensator separat integrat intr-un tranzistor. Avand in vedere proprietatea condensatorilor de a se descarca atunci cand nu sunt alimentati, informatia se pierde incet-incet daca condensatorul nu este improspatat periodic(asa numitul DRAM refresh). Datorita necesitatii de refresh, DRAM este un tip dinamic de memorie RAM, spre deosebire de SRAM alaturi de alte memorii de tip static.
Avantajul sau asupra SRAM este structura foarte simpla: numai un tranzistor si un condensator sunt necesare pentru a stoca un bit de informatie, in comparatie cu cele 6 tranzistoare per bit necesare pentru SRAM. Aceasta simplitate ii permite memoriei DRAM sa obtina o densitate ridicata obtinand deasemenea un cost de productie mai mic. Desi mai scumpa de produs, memoria SRAM, ofera performanta crescuta gasindu-si astfel utilizarea in dispozitivele in care viteza este un factor esential(cache-ul integrat in procesoare si buffere). La fel ca SRAM, este un tip de memorie volatila, pentru ca isi pierde informatia o data cu oprirea sursei de curent. Diferenta este ca la DRAM este posibila o recuperare a datelor stocate daca durata in care sursa de curent a fost oprita nu este foarte mare.
Memoria DRAM este de obicei organizata sub forma unei matrice a cate un condensator si un tranzistor pe celula. Practic informatiile sunt scrise in memorie consecutiv pe locatiile din matrice de la stanga la dreapta si de sus in jos. Atunci cand utilizatorul solicita informatii stocate anterior, se va realiza cautarea liniilor si respectiv coloanelor pe care se gasesc, urmand a fi returnate catre utilizator. Timpii de asteptare necesari la scriere si respectiv la citire sunt asa numitele latente de care toti am auzit la un moment dat. Acestea difera in functie de operatie efectuata (scriere sau citire), dar si de localizarea informatiei in memorie, adica pozitionarea informatiei in cadrul matricei.
Astfel latentele principale sunt:

CAS(Column Adress Strobe) controleaza intarzierea din momentul in care se primeste o comanda pana in momentul in care se citeste respectiva comanda. Setarile acestei latente depind de arhitectura memoriilor(DDR1, DDR2, etc), CAS fiind latenta cu cel mai mare impact asupra performantei memoriei. Performanta in plus obtinuta prin setarea unei latente mai mici se explica prin numarul mai mic de cicluri necesar pana in momentul in care adresa informatiei cerute de utilizator este gasita pe coloanele matricei.
RAS(Row Adress Strobe) identic cu CAS, singura diferenta constand in cautarea pe rand a informatiei cerute de utilizator.
tRCD(time RAS to CAS Delay) specifica intarzierea(in perioade de ceas) datorata trecerii de la parcurgerea liniilor la parcurgerea coloanelor.
tRP indica cat de rapid se face citirea unui rand si trecerea la altul.

Tipuri de DRAM:

JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council) este organizatia care se ocupa cu standardizarea specificatiilor pentru memoriile RAM. JEDEC a fost fondata in 1958 prin reunirea EIA si NEMA intr-un proiect pentru realizarea standardelor pentru semiconductori.

SDRAM (synchronus dynamic random access memory) este un tip de memorie DRAM cu functionare sincrona, ceea ce inseamna ca asteapta semnalul ceasului inainte sa raspunda la intrarile de control. Este sincronizat cu magistrala sistemului, si astfel cu cea a procesorului.
Alte tipuri de DRAM au o interfata asincrona care le permite sa raspunda pe cat de rapid posibil la modificarile din intrarilor de control.
Pipelining inseamna ca chip-ul poate primi o noua instructiune inainte sa fi terminat de procesat instructiunea precedenta. Intr-un proces de scriere care foloseste principiul pipeline, comanda de scriere poate fi imediat urmata de o alta instructiune fara a fi necesara asteptarea scrierii datelor in memorie. In operatiunea de citire care respecta acelasi principiu, datele cerute apar dupa un numar fix de cicluri de ceas, dupa ce instructiunea de citire a fost trimisa, cicluri in timpul carora pot fi transmise alte instructiuni(Aceasta intarziere este numita latenta si este un parametru important, care trebuie luat in considerare la achizitionarea de SDRAM pentru computer).

DDR SDRAM (double date rate synchronous dynamic random access memory) este o tip de memorie RAM bazata pe circuite integrate. Aceasta obtine latime de banda dubla fata de precedentul tip de RAM (single data rate) SDRAM care transfera informatia atat pe frontul ascendent cat si pe cel descendent al ceasului fara o crestere a acestuia.
Cu rata de transfer de cate 64 de biti per ciclu de ceas DDR SDRAM ofera o rata de transfer de (frecventa de ceas a magistralei de memorie) x2 (double data rate) x64 (numarul de biti transferati) /8 (numarul de biti/byte). Astfel pentru o frecventa de ceas de 100MHz, DDR SDRAM ofera o rata maxima de transfer de 1600MB/s. JEDEC a standardizat vitezele DDR SDRAM si le-a impartit pe 2 parti. Prima este specificatia chip-ului de memorie si a doua este cea a modulului de memorie. Datorita faptului ca DDR SDRAM este urmat de mai noul DDR2 SDRAM, versiunea veche este uneori denumita si DDR1-SDRAM.

DDR1-SDRAM specificatii JEDEC

DDR2 SDRAM (double data rate 2 synchronous dynamic random access memory) este o memorie RAM de mare viteza utilizata pentru stocarea informatiei.
DDR2 face parte din familia SDRAM, care la randul sau face parte din multele implementari ale DRAM si are o serie de imbunatatiri tehnice revolutionare fata de predecesorul sau, DDR SDRAM.
Principalul avantaj este capacitatea de a opera cu magistrala externa de date de doua ori mai rapid decat DDR SDRAM. Acest lucru este obtinut printr-o comunicare mai eficienta cu magistrala de memorie, si prin functionarea celulelor de memorie la jumatatea frecventei de ceas (adica un sfert din rata de transfer a datelor), in loc sa functioneze la frecventa obisnuita a originalului DDR. O memorie DDR2 care functioneaza la aceeasi frecventa ca DDR va oferi aceeasi latime de banda, dar va avea o latenta marita, deci performante notabil scazute. Avantajul DDR2 este insa viteza la care poate opera aceasta, surclasand mai vechiul DDR1.
La fel ca toate implementarile. DDR2 stocheaza memoria in celule care sunt activate prin utilizarea frecventei de ceas pentru a sincroniza operatiile cu o magistrala de date externa. In acelasi mod prin care DDR inaintea sa, celulele memoriei DDR2 transfera date atat pe frontul crescator cat si pe cel descrescator al ceasului(dual pumping). Diferenta esentiala intre DDR si DDR2 este ceasul care este tactat la dublul vitezei celulelor de memorie, astfel 4 cuvinte pot fi transferat intr-un singur ciclu de celula de memorie.

DDR2 SDRAM specificatii JEDEC
DDR3 SDRAM (double data rate 3 synchronous dynamic RAM) este urmatorul pas in evolutia memoriei RAM de tip DDR. Principalul beneficiu al DDR3 este capabilitatea de a accesa magistrala I/O la o viteza de 4 ori mai mare decat cea a chip-ului de memorie continut, astfel obtinandu-se viteze mai mari de magistrala si o rata maxima de transfer mai mare decat tehnologiile anterioare. Cu toate astea, vitezele mai mari si transferul ridicat este obtinut in dauna necesitatii setarii unor timpi de asteptare mai mari rezultand in latente mai mari. In plus, standardul DDR3 admite o capacitate minima de 512MB per chip pana la un maxim 8GB, ajungand astfel la o dimensiune de maxim 16GB a unui modul de memorie.
Datorita voltajului standard de 1.5v, memoria DDR3 reuseste o reducere a consumului de aproximativ 17% fata de DDR2 care este alimentat standard cu 1.8V sau fata de DDR1 care necesita 2.5v. Voltajul de 1.5v este ideal in combinatie cu tehnologia pe 90 nm folosita in majoritatea chipurilor DDR3.



DDR3-800
100 MHz
10 ns
400 MHz
800 Million
PC3-6400
6400 MB/s
DDR3-1066
133 MHz
7.5 ns
533 MHz
1066 Million
PC3-8500
8533 MB/s
DDR3-1333
166 MHz
6 ns
667 MHz
1333 Million
PC3-10600
10667 MB/s
DDR3-1600
200 MHz
5 ns
800 MHz
1600 Million
PC3-12800
12800 MB/s

DDR3 DRAM specificatii JEDEC

Concluzii

Industria producatoare de memorii RAM este impartita intre marii producatori de chip-uri (Samsung, Micron, Hynix, Aeneon, Qimonda, Nanya…) si companiile integratoare (Corsair, Mushkin, OCZ, SuperTalent, TeamXtreem, CellShock, G-Skill, …) care asambleaza chipurile de memorie pe PCB (standard JEDEC sau proiectat custom) si testeaza chip-urile RAM, certificandu-le la anumite viteze, operatie denumita si binning.
Sunt frecvente situatiile in care producatorul chipurilor de memorie certifica functionarea la o anumita viteza si la anumite latente, iar integratorul decide etichetarea si lansarea pe piata la frecvente si latente net superioare celor garantate initial. Acest lucru se datoreaza in principal calitatilor deosebite ale unor chipuri. Amintim aici celebrele chipuri DDR Winbond BH-5 / CH-5 care puteau functiona fara probleme la latente minime (2-2-2-5) dar cu o marire de voltaj (de obicei 3.4v-3.6v), dar si chip-urile Samsung TCCD care se remarcau prin viteze mai ridicate decat cele ale unor chipuri Winbond (2,5-3-3-7). Din pacate compania Winbond a fost achizitionata de Infineon, care recent si-a schimbat denumirea in Qimonda. Era memoriilor de mare performanta DDR2 a fost dominata de Micron intai cu chipurile D9DQT, denumite si “FatBody” din cauza dimensiunilor generoase. Acestea au fost renumite pentru latentele extrem de scazute (4-3-2-8), vitezele mari obtinute si scalarea excelenta odata cu marirea voltajului. Memoriile DDR2 de capacitate 1GB au avut un nou chip de mare performanta de la Micron incepand cu D9 GSV, continuand cu D9 GMH (cel mai bun raport pret-performanta) si terminand cu varful de gama D9 GKX. La baza acestea sunt chip-uri certificate de Micron la o viteza de 533, 887 sau 800 de MHz dar anumiti producatori au lansat modele cu viteze garantate de functionare de 1200MHz(TeamXtreem). Odata cu trecerea la DDR3 cele mai rapide chipuri provin tot de la Micron si anume D9 GTR care ating frecvente de 1800-2000 de MHz cu un voltaj de aproximativ 2v. Tehnologia DDR3 este inca la inceput si vor mai aparea cu siguranta chipuri de memorii performante, desigur la un pret mai mic si cu capacitati mai ridicate.

Sfatul Spectilistului

In alegerea unei memorii multi dintre noi se confrunta cu dilema: “Cantitate mare si viteza scazuta sau cantitate mica si viteza ridicata?” Raspunsul difera in functie de nevoile fiecaruia. Astfel cei care lucreaza cu aplicatii mari consumatoare de resurse (Adobe Photoshop ,Adobe Premiere, 3d Studio Max) vor fi multumiti mai degraba de o cantitate mai mare de RAM chiar daca este mai putin performanta, nesesizand ce 2-3% in plus la performanta. Pe de alta parte utilizatorii in cautare de performanta suprema, jucatorii inraiti si overclocker-ii vor fi interesati si de ultimul MHz obtinut la o frecventa cat mai mare cu latente cat mai stranse.