1.ความหมายของ SDRAM และ DDR
SDRAM
SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory) นั้นเป็น Memory ที่เป็นอดีตเทคโนโลยีไปเสียแล้วสำหรับยุคปัจจุบัน เพราะเป็นการทำงานในช่วง Clock ขาขึ้นเท่านั้น กล่าวคือ ใน1 รอบสัญญาณนาฬิกา จะทำงาน 1 ครั้ง โดยใช้ Module แบบ SIMM (Single In-line Memory Module) โดยที่ Module ชนิดนี้จะรองรับ datapath 32 bit ซึ่งทั้งสองด้านของ circuite board จะให้สัญญาณเดียวกัน ซึ่ง SDRAM พัฒนาขึ้นในปี ค.ศ.1993 โดยบริษัทซัมซุง โดยพัฒนามาจาก DRAM (Dynamic Random Access Memory) เพื่อให้สามารถทำงานร่วมกับระบบบัสความเร็วสูงได้ ซึ่งหน่วยความจำก่อนหน้านี้ใช้ระบบบัสแบบอะซิงโครนัส นั่นหมายถึงจังหวะการทำงานของซีพียูกับหน่วยความจำใช้สัญญาณนาฬิกาคนละตัว จังหวะการทำงานที่ไม่ซิงโครไนซ์กัน จึงเป็นปัญหา เพราะเทคโนโลยีซีพียูต้องการความเร็วและมีการสร้างระบบบัสมาตรฐานขึ้นมา SDRAM เป็นหน่วยความจำ DRAM ที่สามารถทำงานร่วมกับระบบบัสความเร็วสูงได้ โดยจะทำงานสัมพันธ์กับความเร็วบัสของโพรเซสเซอร์ ซึ่งในปี 1998 ชิปเซ็ต Intel 440BX ซึ่งเป็นชิปเซ็ตที่ใช้ประโยชน์จากการใช้งาน SDRAM PC100 ได้อย่างเต็มที่ SDRAM ถือว่าเป็นหน่วยความจำสำหรับพีซียุคใหม่ที่ได้รับความนิยมมากในขณะนั้น โดยมีข้อสังเกตในการเรียกชื่อ SDRAM คือจะเห็นว่ามีอักษร PC แล้วตามด้วยตัวเลขต่อท้ายอยู่ด้วย ซึ่งก็คือการระบุความเร็วบัสในการทำงานของหน่วยความจำ SDRAM เช่น PC100 ก็แสดงว่า SDRAM ตัวนั้นออกแบบมาให้ทำงานกับระบบบัสที่ความเร็ว 100MHz เป็นต้นSDRAM ก็คือ แรมแบบใหม่ที่ถูกออกแบบมาให้ใช้ร่วมกับชิพเซตรุ่นใหม่ของอินเทล (430VX กับ 430TX) SDRAM มีลักษณะทางกายภาพที่แตกต่างกับแรมโดยทั่วไป โดยแรมทั่วไปมี 72 ขา แต่ SDRAM จะมีขาถึง 168 ขา โดยปกติแล้วเวลาซีพียูจะติดต่อกับหน่วยความจำ จะต้องติดต่อทีละครั้ง คือจะเขียนหรือจะอ่านพร้อมกันไม่ได้ ถ้าจะเขียนแล้วอ่านก็ต้องเขียนก่อนแล้วค่อยอ่าน คือต้องทำสองที แต่ SDRAM ได้ถูกออกแบบมาเพื่อแก้ปัญหาตรงจุดนี้ กล่าวคือรูปแบบของ SDRAM จะเป็นการเอาแรม 2 แผงมาต่อกันเป็นแผงเดียว เมื่อซีพียูทำการติดต่อกับหน่วยความจำซีกหนึ่งเพื่ออ่านข้อมูล ในขณะเดียวกันนั้นซีพียูสามารถเขียนข้อมูลลงไปในหน่วยความจำอีกซีกหนึ่งได้ เพราะสามารถทำงานได้พร้อม ๆ กันทำให้ลดเวลาในการเข้าถึงข้อมูลได้มากกว่าครึ่ง ซึ่ง SDRAM สามารถใส่เพียงแถวเดียวก็สามารถใช้งานได้ ในขณะที่แรมชนิดอื่นๆ จะต้องใส่ให้เป็นแบบชนิดเดียวกัน และขนาดความจุเท่ากันสองแถว จึงจะใช้งานได้ ดังนั้น SDRAM จึงเป็นการประหยัดกว่าหากมีการเพิ่มหน่วยความจำในภายหลัง
DDR SDRAM
รูปที่ 2 DDR SDRAM
DDR SDRAM (Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory) ได้พัฒนาแยกมากจาก SDRAM โดยจุดที่ต่างกันหลักๆ ของทั้งสองชนิดนี้คือ DDR SDRAM นี้ สามารถที่จะใช้งานได้ทั้งขาขึ้น และขาลงของสัญญาณนาฬิกาเพื่อส่งถ่ายข้อมูล นั่นก็ทำให้อัตราส่งถ่ายเพิ่มได้ถึงเท่าตัว ซึ่งจะมีอัตราส่งถ่ายข้อมูลสูงสุดถึง 1Gbs ต่อวินาทีเลยทีเดียว สำหรับ DDR SDRAM มีการใช้งานอย่างแพร่หลายและนิยมเป็นอย่างมากในปัจจัน สำหรับ DDR SDRAM นั้นยังเป็นของใหม่ที่จะเข้ามามีบทบาท โดยในตอนนี้ก็มีออกมาให้เห็นกันบ้างแล้วสำหรับหน่วยความจำแบบใหม่นี้ ดังนั้นการที่เราจะทำความเข้าใจการทำงานของ DDR II แล้วนั้น เราจึงต้องมา ทำการศึกษาให้เข้าใจถึงหลักการทำงานเสียก่อน ในปัจจุบันข้อมูลต่างๆ จำเป็นต้องใช้งานหน่วยความจำหลักที่มีประสิทธิภาพในการทำงานเป็นอย่างมาก เนื่องจากว่าการเติบโตของ CPU (หมายถึงความเร็วในการทำงาน MHz-GHz) จึงทำให้ข้อมูลที่ได้มานั้นมีปริมาณมากขึ้น และความเร็วในการทำงานเพียง อย่างเดียวก็ไม่เพียงพอที่จะทำให้การทำงานนั้นสมบูรณ์ขึ้นมาได้ ทางออกของปัญหานี้จึงอยู่ที่ DDR II อย่างที่ รู้กันดีว่าประสิทธิภาพในการทำงาน ของหน่วย ความจำนั้นมีสูตรคำนวนว่า Speed = Width x Frequency
โดยที่ความเร็วนั้นมีหน่วยเป็น Mb/s
ส่วน width นั้นเป็นค่าความกว้างในการส่งข้อมูลมี หน่วยเป็น bits
สำหรับ Frequency เป็นความถี่ของสัญญาณในการถ่ายโอนข้อมูลมีหน่วยเป็น MHz
จากสูตรจะเห็นได้ว่าการเพิ่มความเร็วในการทำงานให้มีประสิทธิภาพนั้นจำเป็นต้องเพิ่มทั้งความเร็วในการถ่ายโอน และความ กว้างในการส่งข้อมูล หรือปริมาณในการส่งข้อมูลให้เพิ่มขึ้น ถึงแม้ว่าจะมีการทำการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบต่างๆ ในหน่วยความจำแบบ DDR และมีการนำเอา MRAM (Magnetoresistive RAM), FRAM (Ferroelectric RAM) และอื่นๆ อีกมากมาใช้งานแต่ก็ไม่ประสบความสำเร็จมากเท่าที่ควร รวมทั้งยังทำให้มีค่าใช้จ่ายในการผลิตเพิ่มขึ้น ซึ่งจะส่งผลต่อราคาเมื่อนำมาขาย อีกอย่างที่สำคัญคือมันใช้งานได้ไม่ดีเหมือนกับหน่วยความจำแบบ DRAM ธรรมดา ดังนั้นทางออก ที่ดีที่สุดคือการนำเอาหน่วยความจำแบบ DDR มาทำการปรับปรุงใหม่ทั้งหมด ซึ่งจะเป็นทางออกที่ง่ายที่สุด และยังใช้เวลาในการทำวิจัยไม่นานมากนัก ทำให้มีหน่วยความจำที่มีประสิทธิภาพออกมาทันต่อความต้องการใช้งานต่อยุคปัจจุบัน
2.เปรียบประสิทธิภาพการทำงานของ DDR แต่ละรุ่น
จากไดอะแกรมข้างต้น เราจะเห็นว่าไม่ว่าจะเป็น DDR1, DDR2 หรือ DDR3 ต่างก็มีความเร็ว Core เริ่มต้นที่ 100MHz แต่จาก 100MHz ในหนึ่งคาบเวลา I/O สามารถเปิดปิดได้ 4 ครั้งในหนึ่งคาบเวลาเดียวกัน เมื่อสามารถเปิดปิดหรือประมวลผลได้ 4 ครั้งในหนึ่งคาบเวลา External Clock ที่ออกมาก็จะได้เท่ากับ 400MHz และด้วยความเป็น DDR = Double Data Rate จึงทำให้สามารถรับส่งข้อมูลไปกลับพร้อมกันได้ สุดท้ายแล้วก็เท่ากับว่า สามารถส่งข้อมุลออกไปได้ 400MHz และรับมาได้ 400MHz ในเวลาเดียวกัน จึงทำให้ในหนึ่งคาบเวลา มันสามารถรับส่งข้อมูลได้ 800MHz จากตัวอย่างตรงนี้ถือเป็นตัวอย่างของ DDR3 PC6400 หรือ DDR3-800MHz ซึ่งสรุปได้ว่า DDR3 นั้นจะสามารถรับส่งข้อมูลได้เป็น 2 เท่าของ DDR2 จากความถี่ภายในที่เท่าๆกัน และอีกหนึ่งจุดที่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างเห็นได้ชัดเจน และส่งผลโดยตรงมาจากเรื่องของความเร็วที่เพิ่มขึ้น นั่นคือเรื่องของค่า Timing เพราะด้วยอัตราไทมิ่งที่สูงนั้นแล้ว DDR3 จะดีกว่า DDR2 ได้อย่างไร ซึ่งเมื่อมีความเร็วในการทำงานที่สูงขึ้น อัตรา Timing ก็จะต้องสูงตาม แต่ต้องมีสัดส่วนสุทธิที่เร็วกว่าเดิม กล่าวคือ สมมุติว่าเรามี DDR3 ที่ความเร็วพื้นฐานคือ PC3-8500 ( DDR3-1066MHz ) CL 6-6-6-x และมี DDR2 ที่ความเร็วพื้นฐาน PC2-6400 ( DDR2-800MHz ) CL 5-5-5-x ซึ่งสามารถเปรียบเทียบการทำงานได้ดังต่อไปนี้การรับส่งข้อมูลในหนึ่งคาบเวลาของ DDR2-800MHz CL 5 พบว่าใน 1 clockcycle มีค่าเท่ากับ 1/400,000,000ครั้งใน 1 วินาที หรือ 2.5ns (nanoseconds) (* 400,000,000 เพราะ DDR2-800MHz จะมี Frequency Clock = 400MHz จาก 400MHz แปลงเป็น Hz ก็จะได้เท่ากับ 400,000,000Hz ) ซึ่งสามารถสรุปได้ว่า DDR2-800MHz CL5 จะใช้เวลาในการคิดในหนึ่งครั้งเท่ากับ 2.5ns ดังนั้น จากความล่าช้าในการรับส่งข้อมูลที่เท่ากับ 5 เมโมรีตัวนี้ก็จะใช้เวลาทั้งสิ้น A Total latency of 5 x 2.5 = 12.5ns
การรับส่งข้อมูลในหนึ่งคาบเวลาของ DDR3-1066MHz CL 6 พบว่าใน 1 clockcycle มีค่าเท่ากับ 1/533,000,000ครั้งใน 1 วินาที หรือ 1.87ns (nanoseconds)A Total latency of 6 x 1.87 = 11.25ns ซึ่งเห็นได้ว่าความล่าช้าสุทธิของ DDR3 นั้นจะยังคงเร็วกว่าDDR2 ถึงแม้ว่าตัวเลขของไทมิ่งที่ดูว่ามีตัวเลขมากกว่าก็ตาม ทั้งนี้ นอกจากเรื่องของลาเทนซีแล้ว ความเหนือกว่าของ DDR3 ที่มีต่อ DDR2 ก็คือเรื่องของ Memory Bandwidth กล่าวคือที่ PC3-12800 (DDR3-1600MHz ) จะมี Memory Bandwidth = 12.8GB/s แต่สำหรับ DDR2 แล้วนั้นจะมี Memory Bandwidth สูงสุดเพียง 11.7GB/s หรือเทียบเท่า PC2-11712 (DDR2-732MHz)
นอกจากนี้ DDR3 ยังพกพาเทคโนโลยีใหม่ๆเข้ามาเพิ่มเติม ที่จะช่วยในเรื่องของความมีเสถียรภาพในการทำงานที่มากขึ้นกว่า DDR2 สำหรับเทคโนโลยีที่โดดเด่นที่สุดของ DDR3 นั้นจะมีอยู่ด้วยกัน 2 ฟีเจอร์ ฟีเจอร์แรกคือ ความสามารถในการรีเซตตัวเองของชิบเมโมรี ที่ทุกครั้งที่เครื่อง PC หยุดการทำงานลง ไม่ว่าจะจากการปิดเครื่องหรือเครื่องเกิดค้างขึ้นมา ซึ่งข้อดีจากการสามารถรีเซตข้อมูลในตัวชิบได้นั้น จะทำให้ไม่มีข้อมูลหลงเหลือหรือค้างอยู่ภายในชิบเมโมรี ทำให้ลดอัตราความเสียหายที่จะเกิดขึ้นกับตัวชิบได้ดียิ่งขึ้น เมื่อเริ่มการทำงานใหม่อีกครั้ง เพราะชิบเมโมรีจะเริ่มต้นจาก 0 หรือเริ่มต้นใหม่ทุกครั้งที่มีการทำงาน และฟีเจอร์ที่สอง คือ ฟีเจอร์ที่มีชื่อว่า Fly-By Topology ซึ่งจะสามารถเข้ามาช่วยให้การทำงานของ DDR3 ทำงานได้รวดเร็วยิ่งขึ้น ช่วยลดระยะเวลาชดเชยความล่าช้าของลาเทนซีได้อีกต่อหนึ่ง
3.อุปกณ์ที่เกี่ยวข้องกับ SDRAM กับ DDR SDRAM
DDR SDRAM
ภาพตัวอย่าง DDR
ตัวชิปจะใช้บรรจุภัณฑ์แบบ TSOP มีขนาด ความยาวของแผงโมดูล 5.25 นิ้ว ติดตั้งอยู่บนแผงโมดูลแบบ DIMM ที่มีร่องบากบริเวณแนวขาสัญญาณ 1 ร่อง และมีจำนวนขาทั้งสิ้น 184 ขาใช้แรงดันไฟ 2.5 โวลด์ รองรับความจุสูงสุดได้ 1 GB/แผง ความเร็วบัสในปัจจุบันมีใหเเลือกใช้ตั่งแต่ 133 MHz (DDR-266) ไปจนถึง 350 MHz (DDR-700) สำหรับ DRAM ชนิดนี้ปัจจุบันตกรุ่นไปแล้ว
การจำแนกรุ่นของ DDR SDRAM นอกจากจะจำแนกออกตามความเร็วบัสที่ใช้งาน เช่น DDR-400 (400 MHz effective) ซึ่งคิดจาก 200 MHz (ความถี่สัญญาณนาฬิกา๗ x 2 (จำนวนครั้งที่ใช้รับส่งข้อมูลในแต่ละรอบของสัญญาณนาฬิกา) แล้ว ยังถูกจำแนกออกตามค่าอัตราความเร็วในการรับส่งข้อมูล (Bandwidth) ที่มีหน่วยความจำเป็นเมกะไบต์ต่อวินาที (MB/s) ด้วยเช่น PC3200 ซึ่งคิดจาก 8 (ความกว้างของบัสขนาด 8 ไบต์ หรือ 64 บิต) x 200 MHz (ความถี่สัญญาณนาฬิกา) x 2 (จำนวนครั่งที่ใช้รับส่งข้อมูลในแต่ละรอบสัญญาณนาฬิกา)เท่ากับอัตตราความเร็วในการรับส่งข้อมูลที่ 3,200 MB/s โดยประมาณนั่นเอง นอกจากนี้ยังมีรุ่นอื่นๆอีก เช่น PC2100 (DDR-266), PC2700(DDR-33), PC3600 (DDR-450), PC4000(DDR-500),PC4200(DDR-533), และ PC5600 (DDR-700) เป็นต้น
DDR2 SDRAM
ภาพตัวอย่าง DDR2
ตัวชิปจะใช้บรรจุภัณฑ์แบบ FBGA (Fine-Pitch Ball Gril Array) ที่มีความต้านทานไฟฟ้าต่ำก่าแบบ TSOP อีกทั่งยังสามารถออกแบบให้ตัวชิปมีขนาดเล็กและบางลงได้ ชิปดังกล่าวถูกติดตั้งอยู่บนแผงโมดูลแบบ DIMM ที่มีร่องบากบริเวณแนวขาสัญญาณ 1 ร่อง และมีจำนวนขาทั่งสิ้น 240 ขา ใช้แรงดันไฟเพียง1.8โวลต์ รองรับความจุได้สูงสุดถึง 4 GB ความเร็วบัสในบัจจุบันมีให้เลือกใช้ตั่งแต่ 200 MHz (DDR2-400) ไปจนถึง 533 MHz (DDR2-1066) สำหรับ DRAM ชนิดนี้ปัจจุบันถูกลดความนิยมจนเรียกได้ว่ากำลังจะตกรุ่น
นอกจากรุ่นของ DDR-II นอกจากจำแนกออกตามความเร็วของบัสที่ใช้งาน เช่น DDR2-667 (667 MHz effective) ซึ่งคิดจาก 333 MHz (ความถี่สัญญาณนาฬิกา) x 2 จำนวนครั่งที่ใช้รับส่งข้อมูลในแต่ละรอบของสัญญาณนาฬิกา) แล้ว ยังถูกจำแนกออกตามค่าแบนด์วิดธ์ (Bandwidth) ด้วย เช่น PC2-5400 ซึ่งคิดจาก 8 (ความกว้างของบัสขนาด 8 ไบต์) x 333 MHz ( ความถี่สัญญาณนาฬิกา) x 2 (จำนวนครั่งที่ใช้รับส่งข้อมูลในแต่ระรอบของสัญญาณนาฬิกา๗ เท่าอัตตราความเร็วในการรับส่งข้อมูลที่ 5,400 MB/s โดยประมั่นเอง นอกจากนี้ยังมีรุ่นอื่นๆอีกเช่น PC2-4300 (DDR-533),PC2-6400(DDR2-800) และ PC2-7200 (DDR2-900) เป็นต้น
DDR3 SDRAM
ภาพตัวอย่าง DDR3
เป็นวิวัฒนาการยุคถัดไปของเทคโนโลยีหน่วยความ DDR2 และ DDR รุ่นเก่า ซึ่งจะขจัดอุปสรรคเรื่องความเร็วของหน่วยความจำ เพื่อข้ามสู่ความเร็วระดับกิกาเฮิร์ซ DDR3 เป็นเทคโนโลยีมาตรฐานอุตสาหกรรมที่ JEDEC กำหนดขึ้น JEDEC เป็นองค์กรกำหนดมาตรฐานเซมิคอนดักเตอร์ของ Electronic Industries Alliance (EIA)
หน่วยความจำ DDR3 มีความเร็วสูงขึ้น มีแบนด์วิทสำหรับข้อมูลมากขึ้น ใช้แรงดันไฟฟ้าและกินไฟน้อยลง นอกจากนั้นยังปรับปรุงประสิทธิภาพเรื่องความร้อนให้ดีขึ้นด้วย หน่วยความจำ DDR3 ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรม ให้สามารถรองรับโปรเซสเซอร์สี่แกนในยุคถัดไป ซึ่งต้องใช้แบนด์วิทสำหรับข้อมูลสูง เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพในการทำงานให้ดีขึ้น หน่วยความจำ DDR3 มีที่ระดับความเร็ว 1066MHz จนถึง 2400Mhz
DDR4 SDRAM
ภาพตัวอย่าง DDR4
เป็นแรมที่พัฒนาต่อยอดมาจาก DDR3 ที่ถูกใช้งานกันอย่างแพร่หลาย มาตั้งแต่ปี 2007 ซึ่ง Crucial ให้คำมั่นว่าแรม DDR4 นั้นจะมีอัตราการกินไฟที่ต่ำกว่าเดิมถึง 20% (1.2 V จากเดิม 1.5) มีความเร็วมากว่าเดิมถึงสองเท่า (DDR3 มีความเร็ว 1066 MHz - 2400 MHz , DDR4 มีความเร็วเริ่มต้น 2133 MHz ไปจนถึง 3200 MHz) และมีความจุต่อแผงที่มากกว่าเดิมสองเท่าด้วยการออกแบบเม็ดแรมที่เล็กกว่าเดิม
4.แนวโน้มมาตรฐาน DDR ในอนาคต
บริษัทผู้ผลิตชิปเซตส่วนใหญ่เริ่มหันมาให้ความสนใจกับหน่วยความจำแบบ DDR กันมากขึ้น อย่างเช่น VIA ซึ่งเป็นบริษัทผู้ผลิตชิปเซตรายใหญ่ของโลกจากไต้หวัน ก็เริ่มผลิตชิปเซตอย่าง VIA Apollo KT266 และ VIA Apollo KT133a ซึ่งเป็นชิปเซตสำหรับซีพียูในตระกูลแอธลอน และดูรอน (Socket A) รวมถึงกำหนดให้ VIA Apolle Pro 266 ซึ่งเป็นชิปเซตสำหรับเซลเลอรอน และเพนเทียม (Slot1, Socket 370) หันมาสนับสนุนการทำงานร่วมกับหน่วยความจำแบบ DDR-SDRAM แทนที่จะเป็น RDRAM
แนวโน้มที่น่าจะเป็นไปได้มากที่สุดของทั้ง DDR II กับ RDRAM เวอร์ชันต่อไป เทคโนโลยี quard pump คือการอัดรอบเพิ่มเข้าไปเป็น 4 เท่า เหมือนกับในกรณีของ AGP ซึ่งนั่นจะทำให้ DDR II และ RDRAM เวอร์ชันต่อไป มีแบนด์-วิดธ์ที่สูงขึ้นกว่างปัจจุบันอีก 2 เท่า ในส่วนของ RDRAM นั้น การเพิ่มจำนวนสล็อตในหนึ่ง channel ก็น่าจะเป็นหนทางการพัฒนาที่อาจเกิดขึ้น ซึ่งนั่นก็จะเป็นการเพิ่มแบนด์วิดธ์ของหน่วยความจำขึ้นอีกเป็นเท่าตัวเช่นกัน และทั้งหมดที่ว่ามานั้น คงจะพอรับประกันได้ว่า การต่อสู้ระหว่าง DDR และ Rambus คงยังไม่จบลงง่าย ๆ และหน่วยความจำแบบ DDR ยังไม่ได้เป็นผู้ชนะอย่างเด็ดขาด
ที่มา:
http://www.vcharkarn.com/blog/40889/12119
http://srpcomp.blogspot.com/p/blog-page_21.html
http://sunanta073.blogspot.com/2006/12/ram_5504.htmlจัดทำโดย
1. นางสาววาสนา ยี่สุ่นศรี 5841120002
2. นางสาวฐิติพร สุขกลีบ 5841120009
3. นางสาววิกานดา บุญเพ็ง 5841120039
4. นายศุภกฤต ปลื้มจิตร 5841120050
5. นายชัชวาลย์ ยืนยงค์ 5841120054
คณะครุศาสตร์ สาขาวิชาคอมพิวเตอร์ศึกษา
มหาวิทยาลัยราชภัฏธนบุรี สมุทรปราการ
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น