DDR-SDRAM

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2 DDR-SDRAM-Module – oben 512 MiB mit sogenanntem „Heatspreader“ und beidseitig bestückt, unten 256 MiB einseitig bestückt
Vergleich der verschiedenen DDR-Module für Desktop-Computer. DDR1 hat gegenüber seinen Nachfolgern weniger und größere Kontakte. (DDR1: 20 pro Zoll, ca. 0,8 pro mm. DDR2 und DDR3: 1 pro mm, ca. 25,4 pro Zoll.) Bei DDR3 sind die vier seitlichen Aussparungen (hier im Bild rund dargestellt) eckig. Nicht im Bild: SDRAM, dieser hat zwei Kerben in der Kontaktleiste.

DDR-SDRAM (englisch Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory) ist ein Typ von Random Access Memory (RAM), das heißt ein spezieller Halbleiterspeicher, den es aktuell in vier Varianten gibt. DDR-SDRAM mit 184 Kontakten, DDR2-SDRAM mit 240 Kontakten, DDR3-SDRAM ebenfalls mit 240 Kontakten und DDR4-SDRAM mit 288 Kontakten. Verwendet werden sie hauptsächlich für Speichermodule des DIMM- bzw. SO-DIMM-Standards als Arbeitsspeicher in PCs und Laptops.

Geschichte[Bearbeiten]

Als die von Intel unterstützte Direct-Rambus-DRAM-Technik (RDRAM-Technik) Mitte 1999 durch einen Fehler im i820-Chipsatz Probleme bekam und durch den P3-FSB ihre Leistungsfähigkeit trotz hoher Preise nicht ausspielen konnte, setzte die Computerindustrie wieder auf die Weiterentwicklung von SDRAM in Form der DDR-Speichertechnik.

Erste Speicherchips sowie Mainboards mit Unterstützung für DDR-SDRAM kamen Ende 1999 auf den Markt. Erst Anfang 2002 konnten sie sich jedoch auf dem europäischen Endverbrauchermarkt durchsetzen.

Arbeitsweise[Bearbeiten]

PC-3200-Modul mit DDR-400 Speicherchips
…und die Rückseite

DDR-SDRAM[Bearbeiten]

Während „normale“ SDRAM-Module bei einem Takt von 133 MHz eine Datenübertragungsrate von 1,06 GB/s bieten, arbeiten Module mit DDR-SDRAM (133 MHz) nahezu mit der doppelten Datenrate. Möglich wird das durch einen relativ simplen Trick: Sowohl bei der auf- als auch bei der absteigenden Flanke des Taktsignals wird ein Datenbit übertragen, anstatt wie bisher nur bei der aufsteigenden.

Damit das Double-Data-Rate-Verfahren zu einer Beschleunigung führt, muss die Anzahl zusammenhängend angeforderter Daten (= „Burst-Length“) immer gleich oder größer als die doppelte Busbreite sein. Da das nicht immer der Fall sein kann, ist DDR-SDRAM im Vergleich zu einfachem SDRAM bei gleichem Takt nicht exakt doppelt so schnell. Ein weiterer Grund ist, dass Adress- und Steuersignale im Gegensatz zu den Datensignalen nur mit einer Taktflanke gegeben werden.

DDR-SDRAM-Speichermodule (DIMM) besitzen 184 Kontakte/Pins (DDR2-SDRAM DIMM/DDR3-SDRAM DIMM: 240, SDRAM DIMM: 168 Kontakte). Die Betriebsspannung beträgt normalerweise 2,5 Volt, für DDR-400 2,6 V.

Spezifikationen[1]
Chip Modul Speichertakt I/O-Takt ² Effektiver Takt ³ Übertragungsrate pro Modul Übertragungsrate Dual-Channel
DDR-200 PC-1600 100 MHz 100 MHz 200 MHz 1,6 GB/s 3,2 GB/s
DDR-266 PC-2100 133 MHz 133 MHz 266 MHz 2,1 GB/s 4,2 GB/s
DDR-333 PC-2700 166 MHz 166 MHz 333 MHz 2,7 GB/s 5,4 GB/s
DDR-400 PC-3200 200 MHz 200 MHz 400 MHz 3,2 GB/s 6,4 GB/s
²: Geschwindigkeit der Anbindung an den Speichercontroller von CPU oder Mainboard
³: Effektiver Takt im Vergleich zu SDR-SDRAM (theoretisch)
PC-XXXX: Das XXXX berechnet sich durch (2 × Speichertakt × Busbreite)/8 (Busbreite = 64 bit) und entspricht der Datenrate in MB/s.

DDR-200 bis DDR-400 sowie die damit aufgebauten PC-1600- bis PC-3200-Speichermodule sind von der JEDEC als JESD79 standardisiert. Alle davon abweichenden Module orientieren sich zwar von den Bezeichnungen her an den Standards, aber jeder Hersteller setzt bei den elektrischen Eigenschaften – der oft als „Übertakter-Speicher“ angebotenen Module – seine eigenen Spezifikationen und arbeitet oft mit exzessiver Überspannung.

Einen Sicherheitsgewinn bringen die oft bei Servern eingesetzten Speichermodule mit ECC (Error Checking and Correction) oder auch Registered-Module mit Signalpuffer. Das gilt aber nur, wenn diese Speichermodule explizit unterstützt werden, oft funktionieren ECC-Module in normalen Desktop-Hauptplatinen überhaupt nicht. Solche Speichermodule sind in allen standardisierten Taktfrequenzen erhältlich und an der zusätzlichen Bezeichnung R, ECC oder R ECC erkennbar, z. B. PC-1600R, PC-2100 ECC oder PC-2700R ECC.

DDR2-SDRAM[Bearbeiten]

PC2-4200-Speichermodul mit 512 MiB Kapazität. Die Chips sind hier in einem BGA-Gehäuse untergebracht. Die Bezeichnung der Chips ist 32M8CEC. Das bedeutet 32 Mibit × 8 = 256 Mibit oder 32 MiB Speicherkapazität pro Chip.

DDR2-SDRAM ist eine Weiterentwicklung des Konzeptes von DDR-SDRAM, bei dem statt mit einem Zweifach-Prefetch mit einem Vierfach-Prefetch gearbeitet wird.

DDR2-SDRAM Speichermodule (DIMM) für Desktop-Computer besitzen 240 Kontakte/Pins. (DDR3-SDRAM DIMM: ebenfalls 240, DDR-SDRAM DIMM: 184, SDRAM DIMM: 168 Kontakte). DDR2-Module sind mechanisch und elektrisch nicht kompatibel mit DDR-Modulen. Durch unterschiedliche Kontaktleisten (deutlich mehr und kleinere Kontakte) wird eine Verwechslung verhindert.

Die Abmessungen der fertig verpackten Speicherchips sind kleiner (126 mm² statt bisher 261 mm²). Erreicht wird das durch eine andere Verpackungstechnik: FBGA (Fine-Pitch Ball Grid Array) statt TSOP (Thin Small Outline Package).

Bei DDR2-SDRAM ist der I/O-Puffer mit der doppelten Frequenz der Speicherchips getaktet. Man erhält, wie bei dem älteren DDR-Standard, jeweils bei steigender als auch bei fallender Flanke des Taktsignals gültige Daten. Beim DDR-SDRAM werden mit einem Read-Kommando (mindestens) zwei aufeinanderfolgende Adressen gelesen, bei DDR2-SDRAM vier, bedingt durch die Prefetch-Methode des jeweiligen Standards. Aus einem 128 Bit breiten DDR-Modul werden also pro Lesezugriff 256 Bit gelesen, aus einem vergleichbaren DDR2-Modul 512. Die absolute Datenmenge bleibt bei gleichem I/O-Takt von zum Beispiel 200 MHz aber identisch, da das DDR2-Modul zwei Takte anstatt einen benötigt, um die Daten zu übertragen. DDR2 unterstützt nur zwei mögliche Burst-Längen (Anzahl an Datenwörtern, die mit einem einzelnen Kommando gelesen oder geschrieben werden können), nämlich vier (bedingt durch Vierfach-Prefetch) oder acht, DDR hingegen unterstützt zwei, vier oder acht.

Zur Senkung der elektrischen Leistungsaufnahme wurde die Signal- und Versorgungsspannung von DDR2-SDRAM auf 1,8 Volt verringert (bei DDR-SDRAM sind es 2,5 V). Außerdem führt die verringerte Spannung zu einer geringeren Wärmeentwicklung, was wiederum dazu führen kann, dass höhere Taktraten erzielt werden können.

DDR2-SDRAM Chips arbeiten mit „On-Die Termination“ (ODT). Der Speicherbus muss also nicht mehr auf der Modulplatine (oder dem Board) terminiert werden. Die Terminierungsfunktion wurde direkt in die Chips integriert, was Platz und Kosten spart. ODT arbeitet wie folgt: Der Speicher-Controller sendet ein Signal auf den Bus aus, das alle inaktiven DDR2-SDRAM-Chips dazu veranlasst, auf Terminierung umzuschalten. Somit befindet sich nur das aktive Signal auf der Datenleitung, Interferenzen sind so gut wie ausgeschlossen.

Kompatibilität[Bearbeiten]

DDR2-Module können ohne Rücksicht auf ihre jeweilige Geschwindigkeitsangabe prinzipiell in jede Hauptplatine mit DDR2-Steckplätzen eingesetzt werden. Der Speichercontroller sorgt dafür, dass Module, die mit höherer Taktrate arbeiten können als die Hauptplatine, nur mit der Taktrate betrieben werden, die der Hauptplatine maximal möglich ist. Langsamere Speichermodule werden höchstens mit der Taktrate betrieben, für die sie ausgelegt sind. Es ist also technisch nicht erforderlich, in einer Hauptplatine, die z. B. für DDR2-533-Speicher ausgelegt ist, Module mit genau der Geschwindigkeitsangabe 533 zu verwenden.

Auch DDR2-Module mit unterschiedlichen Taktraten können beliebig kombiniert werden. Es hängt allerdings von der Konstruktion der Hauptplatine ab, ob die einzelnen Module jeweils mit der höchstmöglichen Geschwindigkeit arbeiten oder ob der gesamte Speicher nur mit der Geschwindigkeit des langsamsten Moduls arbeitet, was in der Regel der Fall ist.

Da die JEDEC-Spezifikationen jedoch ungenau sind, kann es zu Kompatibilitätsproblemen zwischen bestimmten Mainboards und bestimmten Speichermodulen kommen. Oft können diese Kompatibilitätsprobleme durch ein BIOS-Update gelöst werden. Nur bei einem Speicher, der auf der sog. QVL (Qualified Vendor List) des Mainboards steht, kann davon ausgegangen werden, dass er in diesem Mainboard auf jeden Fall funktioniert.

Spezifikationen[1]
Chip Modul Speichertakt I/O-Takt ² Effektiver Takt ³ Übertragungsrate
pro Modul
Übertragungsrate
Dual-Channel
DDR2-400 PC2-3200 100 MHz 200 MHz 400 MHz 3,2 GB/s 6,4 GB/s
DDR2-533 PC2-4200 133 MHz 266 MHz 533 MHz 4,2 GB/s 8,4 GB/s
DDR2-667 PC2-5300 166 MHz 333 MHz 667 MHz 5,3 GB/s 10,6 GB/s
DDR2-800 PC2-6400 200 MHz 400 MHz 800 MHz 6,4 GB/s 12,8 GB/s
DDR2-1066 PC2-8500 266 MHz 533 MHz 1066 MHz 8,5 GB/s 17,0 GB/s
²: Geschwindigkeit der Anbindung an den Speichercontroller von CPU oder Mainboard
³: Effektiver Takt im Vergleich zu SDR-SDRAM (theoretisch)
PC2-XY00: Das XY00 berechnet sich durch (4 × Speichertakt [in MHz] × Busbreite)/8 (Busbreite = 64 bit) und entspricht der Datenrate in MB/s.

DDR2-400 bis DDR2-1066 sowie die damit aufgebauten PC2-3200- bis PC2-8500-Speichermodule sind von der JEDEC standardisiert. Alle davon abweichenden Module orientieren sich zwar von den Bezeichnungen her an den Standards, aber jeder Hersteller setzt bei den elektrischen Eigenschaften – der oft als „Übertakter-Speicher“ angebotenen Module – seine eigenen Spezifikationen und arbeitet oft mit exzessiver Überspannung. Wie bei DDR-SDRAM gibt es auch bei DDR2-SDRAM neben den Unregistred-Modulen (oft als PC2-XY00U bezeichnet) auch Registered-Module (PC2-XY00R) und ECC-Module (PC2-XY00E) wie auch FBDIMM-Module (PC2-XY00F).

DDR3-SDRAM[Bearbeiten]

Ein DDR3-Modul. Die Kerbe befindet sich gegenüber DDR-2-Modulen deutlich näher am Rand
DDR3-Module in Low-Voltage-Ausführung
PC3-10600 DDR3 SO-DIMM (204 Pins)

DDR3-SDRAM ist eine Weiterentwicklung des Konzeptes von DDR2-SDRAM, bei dem statt mit einem Vierfach-Prefetch (4 Bit) mit einem Achtfach-Prefetch (8 Bit) gearbeitet wird.

Die Chips mit einer Kapazität von mindestens 512 Mebibit verarbeiten Daten mit 8500 Megabyte pro Sekunde und sind damit deutlich schneller als DDR-400- oder auch DDR2-800-SDRAM. Allerdings ist die CAS-Latenz höher. Darüber hinaus benötigt DDR3-SDRAM auch nur noch 1,5 Volt statt 1,8 Volt und ist damit gerade für den mobilen Einsatz besser geeignet, bei dem es auf lange Akkulaufzeiten ankommt. Low-Voltage-Ausführungen (DDR3L) können auf geeigneten Hauptplatinen mit 1,35 Volt betrieben werden. Ultra-Low-Voltage-Ausführungen (DDR3U) sind für den Betrieb mit 1,25 V vorgesehen.

DDR3-SDRAM-Speichermodule (DIMM) besitzen 240 Kontakte/Pins (DDR2-SDRAM-DIMM: 240, DDR-SDRAM-DIMM: 184, SDRAM-DIMM: 168 Kontakte); sie sind trotz gleicher Pinzahl nicht zu DDR2-SDRAM kompatibel und besitzen unterschiedliche Einkerbungen. SODIMM-Module für Notebooks haben 204 Kontakte gegenüber 200 Kontakten als DDR2-Variante und als DDR1-Variante.

Im Bereich des Video-RAMs wird schon seit längerem GDDR3 eingesetzt. Dieser basiert aber auf DDR2-Speicherchips, lediglich die Spannung wurde anfangs abgesenkt (Spannung VDD; VDDQ = 1,5 V; 1,5 V anstatt 2,5 V; 1,8 V). Die Bezeichnung GDDR3 besitzt keine offiziellen Spezifikationen, sondern wurde aus Marketing-Gründen gewählt (um sich von den weniger erfolgreichen GDDR2 abzugrenzen). GDDR4 und GDDR5 basieren auf DDR3-Technologien, sind aber teils erheblich modifiziert für den Einsatz als Grafikspeicher.

Spezifikationen[1]
Chip Modul Speichertakt I/O-Takt ² Effektiver Takt ³ Datenrate pro Modul Datenrate Dual Channel
Werte in Megahertz (MHz) Werte in Gigabyte pro Sekunde (GB/s)
DDR3-800 PC3-6400 100 400 800 6,4 12,8
DDR3-1066 PC3-8500 133 533 1066 8,5 17,0
DDR3-1333 PC3-10600 166 666 1333 10,6 21,2
DDR3-1600 PC3-12800 200 800 1600 12,8 25,6
DDR3-1866 PC3-14900 233 933 1866 14,9 29,8
DDR3-2133 PC3-17000 266 1066 2133 17,0 34,0
²: Geschwindigkeit der Anbindung an den Speichercontroller von CPU oder Mainboard
³: Effektiver Takt im Vergleich zu SDR-SDRAM (theoretisch)
PC3-XXXX: Das XXXX berechnet sich durch (8 × Speichertakt [in MHz] × Busbreite eines Moduls)/8 und entspricht der Datenrate in MB/s. Die Datenbusbreite eines Modules ist immer 64 Bit (= 8 Byte),
zudem können 8 × 4 GB pro Modul adressiert werden (Adressbus benötigt nur 32 Bit)

Die Spezifikationen von DDR3-800 bis DDR3-2133 sowie die damit aufgebauten PC3-6400- bis PC3-17000-Speichermodule sind von der Standardisierungsorganisation JEDEC beschrieben. Alle davon abweichenden Module orientieren sich zwar von den Bezeichnungen her an den Standards, aber jeder Hersteller setzt bei den elektrischen Eigenschaften – der oft als „Übertakter-Speicher“ angebotenen Module – seine eigenen Spezifikationen und arbeitet oft mit exzessiver Überspannung. Wie bei DDR1-SDRAM gibt es auch bei DDR3-SDRAM ECC- und Registered-Module, diese sind allerdings gegenwärtig (Mai 2011) nur bis einschließlich PC3-12800 standardisiert. Analog zu früheren Standards werden diese mit der Zusatzkennung R, ECC oder R ECC versehen. Eine Kennung PC3L- bezeichnet Low-Voltage-Speichermodule, PC3U- Ultra-Low-Voltage-Speichermodule. Analog dazu die Bezeichnungen DDR3L bzw DDR3U für entsprechende Speicherchips.

DDR4-SDRAM[Bearbeiten]

Der DDR4-SDRAM besitzt 288 Kontakte und das Notebook-Pendant SO-DIMM 260 Kontakte. Wie bei DDR3-SDRAM auch wird der Speicher mit 8-Bit-Prefetch betrieben. Es findet also keine Verdoppelung statt, wie es bei den vorherigen DDR-SDRAM Generationen der Fall war. Stattdessen können die Module mit höheren Taktraten betrieben werden.

Im Mai 2012 lieferte Micron erste Testexemplare des kommenden DDR4-SDRAMs aus, der voraussichtlich ab 2014 erhältlich sein wird und ursprünglich schon bis 2015 mindestens 50 Prozent Marktanteil erreichen sollte. Heute wird damit gerechnet, dass dieses Ziel frühestens 2016 erreicht werden kann.[2] Damit würde erst nach etwa 9 Jahren der 2007 eingeführte DDR3-Standard abgelöst. Die neuen Speichermodule sollen im 30-Nanometer-Verfahren hergestellt werden.[3]

Spezifikationen
Chip Modul Speichertakt I/O-Takt Effektiver Takt Spannung Übertragungsrate pro Modul*
DDR4-1600 PC4-12800 200 MHz 800 MHz 1600 MHz 1,2 V 12,8 GB/s
DDR4-2133 PC4-17000 266 MHz 1066 MHz 2133 MHz 1,2 V 17,0 GB/s
DDR4-2666 PC4-21300 333 MHz 1333 MHz 2666 MHz 1,2 V 21,3 GB/s
DDR4-3200 PC4-25600 400 MHz 1600 MHz 3200 MHz 1,2 V 25,6 GB/s
* DDR4-SDRAM-Speichercontroller besitzen keine Channels im eigentlichen Sinn, sondern es wird jedes Speichermodul einzeln angesteuert, deshalb kann bei der Ansteuerung von n Modulen auf jeden Fall die n-fache Datenrate erzielt werden.

Die Vorteile von DDR4-RAM: Durch die höhere Anzahl von Kontakten, 288 anstatt 240, steigt die Kapazität für mehr Signale. Im Vergleich zum Vorgänger wird der RAM nochmals höher getaktet und somit können höhere Transferraten erreicht werden. Gleichzeitig wird die erforderliche Spannung auf 1,2 Volt gesenkt. Dank Chip-Stacking-Technologie können bis zu acht Speicherschichten übereinander geschichtet werden. Dies erhöht nicht nur die maximale Speicherkapazität, sondern auch die Signalqualität der einzelnen Module. Weiterhin verfügt der neue DDR4-Standard über eine verbesserte Fehlererkennung und Fehlerkorrektur. [4]

Berechnung Speichertransferrate[Bearbeiten]

Um den theoretisch maximal möglichen Speicherdurchsatz pro Channel bzw. bei DDR4 pro Modul zu berechnen, wird folgende Formel verwendet:

  • (Takt der Speicherzellen (in MHz) × Bit pro Übertragung × Prefetch) /8 Bit = Speichertransferrate in MByte/s. Dann jeweils durch Potenzen von 1000 teilen für KB/s, MB/s und GB/s oder durch Potenzen von 1024 für KiB/s, MiB/s und GiB/s.

Beispielrechnungen[Bearbeiten]

  • DDR-400: (200 MHz × 64 Bit × 2) / 8 = 3.200 MB/s (3.052 MiB/s) = 3,2 GB/s (2,980 GiB/s)
  • DDR2-800: (200 MHz × 64 Bit × 4) / 8 = 6.400 MB/s (6.104 MiB/s) = 6,4 GB/s (5,960 GiB/s)
  • DDR3-1600: (200 MHz × 64 Bit × 8) / 8 = 12.800 MB/s (12.207 MiB/s) = 12,8 GB/s (11,921 GiB/s)

DDR-SDRAM überträgt bei steigender und fallender Taktflanke, bei DDR2 und DDR3 wird der externe Takt gegenüber dem Takt der Speicherchips noch um den Faktor zwei bzw. vier gesteigert, da aus mehreren Speicherchips nacheinander ausgelesen wird. Bei Verwendung eines mehrkanaligen Speichersubsystems mit Dual-Channel-Technik verdoppelt sich die Transferrate entsprechend.

Anhand dieser Berechnung lässt sich abschätzen, wie gut RAM und das übrige System zusammenpassen. Der Speicher muss schnell genug sein, um die Zugriffe aller Busmaster einschließlich CPU, Festplattencontrollern und Grafikkarten zu verarbeiten.

Praxis[Bearbeiten]

Die realen Transferraten für Lesen und Schreiben von Speichern weicht nach Benchmarktests so z.B. für Intel CPUs der Passmark Software[5] noch einmal erheblich von der Theorie ab.

So hat z.B. der Speicher Mushkin 8GB, DDR3-1600 (992121) der im Handel als DDR3-2133 geführt wird[6] dort eine gemessene Leserate von 18.6 GB/s und eine Schreibrate von 12.4 GB/s. Eine ganze Reihe weiterer 8GB DDR3 Speicher anderer Hersteller die auch höher mit 2400 und 2666 Mhz takten, haben hingegen teils deutlich niedrigere Transferraten, sowie derzeit auch noch alle verfügbaren DDR4-Speicher, deren schnellste Exemplare nicht über eine Leserate von 14.5 GB/s und Schreibrate von 11.7 GB/s hinauskommen (Stand 19. Dezember 2014) Dies liegt weit unterhalb der Spezifikationen die man mit DDR4-2666 und DDR4-3000 eigentlich erreichen müsste.

Offenbar spielen daher noch andere Faktoren eine Rolle, die sich nur an den technischen Daten nicht ablesen lassen und Benchmarks nicht entbehrlich machen.

„Mythos“ der Langsamkeit von DDR2-SDRAM im Vergleich zu DDR1[Bearbeiten]

Im Zusammenhang mit DDR2-SDRAM wurde oft von einem Nachteil im Bereich Zugriffszeit gegenüber DDR-SDRAM-Modulen gesprochen. Das ist aber nur zum Teil richtig. Praktisch ist die Latenz vom realen Takt und der Zugriffszeit des RAMs abhängig. Da ein mit 533 MHz resp. 667 MHz spezifiziertes DDR2-Modul mit einem realen Takt von 133 MHz resp. 166 MHz arbeitet, kann es mit einem DDR400-Modul nicht in jedem Bereich konkurrieren. Hinzu kommt, dass DDR2-Speicher nahezu ausschließlich mit Command-Rate 2T betrieben wird, bei DDR-400 ist oft auch 1T möglich. Das bedeutet zusätzlich einen starken Leistungsnachteil. Die theoretische maximale Datenrate des DDR2-Moduls ist zwar höher, dennoch fehlen 66 MHz resp. 33 MHz Takt, was die Latenz beim Zugriff auf das RAM erhöht, womit der Vorteil der höheren Datenrate zu einem großen Teil verfällt. Da ein DDR2-Modul vier Datenpakete pro Takt verschickt, aber nicht unbedingt alle später auch verwendet werden (es werden zu dem angeforderten Paket einfach die nachfolgenden drei mit ausgelesen), ist die erhöhte Datenrate zudem nicht voll nutzbar. Bei Erscheinen des DDR2-Speichers kam zudem die Problematik hinzu, dass die frühen Module allgemein sehr große Zugriffszeiten hatten, was den „Mythos“ noch verstärkte.

Deswegen ist es sinnvoll, von DDR400 auf DDR2-800 oder höher zu wechseln. Ein DDR2-800 DDR-SDRAM kann von der Latenz her gleichziehen und zudem auch noch die theoretisch doppelte Datenrate liefern. Dies ist aber nur dann uneingeschränkt zu empfehlen, wenn das Board auch wirklich einen Speichertakt von 800 Mhz verarbeiten kann; ein Dual-RAM-Board (mit sowohl DDR-, als auch DDR2-Steckplätzen, von denen aber jeweils nur eine Sorte zugleich nutzbar ist) hat einen Flaschenhals, wenn es zwar mit DDR-400 bestückt werden kann, aber nur mit DDR2-533; in so einem Fall ist DDR400 (mit 200 MHz Speichertakt) dem zwar "breiteren", aber langsameren DDR2 (nur 133 MHz Speichertakt) vorzuziehen.

Besonders hervorzuheben ist, dass die realen Taktraten der SDRAM-Speicher lange Zeit konstant blieben. Bei DDR4 ist jedoch wieder ein Anstieg zu verzeichnen.

Latenzzeiten im Vergleich[Bearbeiten]

Die Leistung von Speichermodulen misst sich vor allem in der „absoluten Latenz“. Die absolute Latenz ergibt sich aus den Faktoren (effektiver) Takt und Timing.

Beispiele
Beispielwerte für Latenzzeiten unterschiedlicher Speichergenerationen
Speichertyp Timingwerte CL tRCD tRP tRAS
DDR-400 CL2-2-2-6 10 ns 10 ns 10 ns 30 ns
DDR2-800 CL4-4-4-12 10 ns 10 ns 10 ns 30 ns
DDR3-1600 CL8-8-8-24 10 ns 10 ns 10 ns 30 ns

Da der Speicherbus in allen drei folgenden Fällen mit jeweils exakt 200 MHz arbeitet, jedoch die Timings auf den effektiven Takt (400 MHz, 800 MHz und 1600 MHz) bezogen sind, bleiben die Latenzzeiten (im Bereich einiger Nanosekunden = 10^{-9} Sekunden) identisch, obwohl sich die Timings unterscheiden. Es verdoppelt sich jeweils auch die theoretische Datenrate aufgrund der Tatsache, dass der I/O-Bus jeweils mit 200, 400 bzw. 800 MHz arbeitet:

Berechnung
Vergleichswerte für Latenzzeiten unterschiedlicher Speichergenerationen
Speichertyp Timingwerte CL tRCD tRP tRAS
DDR-500 CL3-3-2-8 12 ns 12 ns 8 ns 32 ns
DDR2-667 CL4-4-4-12 12 ns 12 ns 12 ns 36 ns
DDR2-667 CL5-5-5-15 15 ns 15 ns 15 ns 45 ns
DDR2-800 CL4-4-4-15 10 ns 10 ns 10 ns 37,5 ns
DDR2-800 CL5-5-5-12 12,5 ns 12,5 ns 12,5 ns 30 ns
DDR2-800 CL5-5-5-15 12,5 ns 12,5 ns 12,5 ns 37,5 ns
DDR2-1066 CL4-4-4-12 7,5 ns 7,5 ns 7,5 ns 22,5 ns
DDR2-1066 CL5-5-5-15 9,38 ns 9,38 ns 9,38 ns 28,13 ns
DDR3-1066 CL7-7-7 13,13 ns 13,13 ns 13,13 ns
DDR3-1333 CL7-7-7 10,5 ns 10,5 ns 10,5 ns
DDR3-1333 CL8-8-8 12 ns 12 ns 12 ns
DDR3-1600 CL7-7-7 8,75 ns 8,75 ns 8,75 ns
DDR3-1600 CL9-9-9 11,25 ns 11,25 ns 11,25 ns
DDR3-1866 CL10-10-10 10,7 ns 10,7 ns 10,7 ns
DDR3-2133 CL11-11-11 10,3 ns 10,3 ns 10,3 ns

Die Latenz lässt sich – wie aus den eben genannten Beispielen ersichtlich – wie folgt berechnen:

 \text{Zugriffszeit} \geqslant \frac{t_{CL}+t_{RCD}}{\text{Taktfrequenz}}  =  \frac{2 \cdot (t_{CL}+t_{RCD})}{\text{effektive Taktfrequenz}}

Die gesamte Zugriffszeit ist mindestens t_{RCD} + t_{CL} geteilt durch den Takt. Die effektive Taktfrequenz ist doppelt so hoch wie die eigentliche Taktfrequenz, da zwei mal je Takt ausgelesen wird (daher der Name DDR = Double Data Rate).

Abweichungen von der Spezifikation[Bearbeiten]

Einige Speicherhersteller halten die offiziellen Spezifikationen der JEDEC nicht ein und bieten Module mit weitaus höheren Taktraten oder besseren Timings an. Während DDR3-1600 CL9-9-9 einer offiziellen Spezifikation unterliegt, handelt es sich bei DDR2-1066 CL4-4-4-12 nicht um standardkonforme Speichermodule. Diese schnellen Speicher werden oft als Speichermodule für Übertakter bezeichnet. Auch bei DDR3 ist zu erwarten, dass infolge der stetigen Verbesserung der Fertigungsverfahren in naher Zukunft deutlich schnellere Speichermodule angeboten werden. Diese werden anfangs jedoch außerhalb der offiziellen Spezifikation arbeiten. Die JEDEC könnte diese Speichermodule in die offizielle Spezifikation aufnehmen, allerdings geschieht das oft erst Jahre nach der ersten Verfügbarkeit. Solche Module arbeiten nur dann zufriedenstellend, wenn ihre Parameter korrekt abgelegt sind und vom System entsprechend eingestellt werden können. Wenn dem nicht so ist, werden sie mit standardkonformen Spezifikationen betrieben.

Siehe auch[Bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten]

  • Christof Windeck: Merkzellen. c’t 6/2006 S. 278ff; Riegel-Reigen c’t 7/2006 S. 238ff; High-Speed versus Standard. c’t 8/2006 S. 210ff – Artikelserie über Aufbau und Funktionsweise von DDR2-Speichermodulen

Weblinks[Bearbeiten]

  • JEDEC-Webseite – das Standardisierungsgremium für Speicherstandards

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. a b c DDR-SDRAM (DDR1 / DDR2 / DDR3) – Seite beim Elektronik Kompendium; Stand: 3. Juli 2012 (Abgerufen am: 5. Juli 2012)
  2. http://www.techhive.com/article/2034175/adoption-of-ddr4-memory-facing-delays.html TechHive: Adoption of DDR4 memory faces delays (englisch)
  3. Micron Announces Its First Fully Functional DDR4 DRAM Module (englisch) – Meldung bei Micron, vom 7. Mai 2012 (Abgerufen am: 3. Juli 2012)
  4. Was ist neu bei DDR4-RAM Artikel bei www.Hardwareschotte.de vom 16. August 2014 (Abgerufen am: 20. August 2014)
  5. http://www.memorybenchmark.net/
  6. http://geizhals.at/eu/mushkin-enhanced-redline-frostbyte-dimm-8gb-992121-a991797.html?t=alle&plz=&va=b&vl=de&v=e#filterform