Основи ОЗП

ОЗП (оперативний запам'ятовувальний пристрій) ― це пам'ять з довільним доступом, життєво важлива для тимчасового зберігання системних даних. Вона виконує роль швидкого тимчасового буфера даних поміж класичним накопичувачем і процесором. ОЗП кешує, зберігає тимчасові файли та програмний код: дані спершу потрапляють з накопичувача в саму ОЗП, а вже потім обробляються центральним процесором. На відміну від постійної пам'яті жорсткого диска чи твердотільника, для зберігання даних в оперативній пам'яті необхідна електроенергія, а при її відключенні дані стираються. Фізично, оперативна пам'ять в системі являє собою набір мікросхем або модулів (що містять мікросхеми), які зазвичай підключаються до системної плати.

Історія сучасної оперативної пам'яті почалася з SDRAM в 1992, а через 8 років формат DDR SDRAM зайняв провідну позицію на ринку, витіснивши з нього інші різновиди DRAM. З часом комітет інженерної стандартизації напівпровідникової продукції JEDEC викотив новий стандарт, який міг приймати ту ж одну команду за цикл, але при цьому міг зчитувати по два слова за такт. Друге покоління DDR реорганізувало внутрішню структуру пам'яті так, щоб вона могла працювати з чотирма словами одночасно при тій же тактовій частоті. DDR3 знову подвоїла внутрішній розмір даних, але при цьому збільшила затримки в їх передачі.

Через це JEDEC вирішили піти іншою дорогою і з переходом на стандарт DDR4 замість подвоєння шини пам'яті було вирішено покращити доступ до внутрішніх банків пам'яті. Це дозволило збільшити пропускну здатність та нарощувати тактові частоти, при цьому знизивши напругу. Проблема була в тому, що паралельно прискоренню оперативки семимильними кроками збільшувалася кількість ядер в процесорах (спасибі, AMD), тому пропускна спроможність в перерахунку на одне ядро на середньостатистичному комп'ютері залишалася на тому ж рівні. Попри те, що тільки у 2016 році ми тільки почали звикати до DDR4, виробники пам'яті вже тоді розуміли необхідність нового стандарту ОЗП.

Модулі пам'яті DDR4 формату DIMM

Специфікації DDR5: ключові особливості і наскільки вона швидше DDR4?

Основна увага при розробленні стандарту DDR5 було приділена збільшенню щільності і пам'яті, і швидкості обміну даними. Згідно з офіційними специфікаціями Hynix, нові модулі будуть побудовані на мікросхемах 10-нм класу (1Znm) і забезпечать майже дворазовий приріст продуктивності підсистеми пам'яті у порівнянні з DDR4.

Пропускна здатність робочої планки від Hynix становить 4800 – 5600 Мбіт/с на лінію, що у 1.8 рази перевищує показник DDR4. Максимальна швидкість пам'яті збільшиться з 3.2 до 6.4 Гбіт/с, коли ж щільність ядра підніметься в 4 рази (з 16 до 64 Гбіт). Оскільки тактова частота застрягла на декількох сотнях мегагерців і підвищити її поки не виходить, розробникам доводиться проробляти той самий фокус, що й з нинішніми процесорами, просто додаючи більше ядер і збільшуючи здатність до паралельної обробки більшої кількості завдань. Замість одного 64-бітного каналу даних, DDR5 використовує пару незалежних 32-бітних, які працюють з 16-байтними пакетами даних, дозволяючи доставляти 64 байти інформації за одну операцію.

Запуск DDR5 відбудеться на швидкості 4.8 Гбіт/с, а пікових 6.4 Гбіт/с і ефективної частоти в районі 8400 МГц доведеться почекати, доки не буде оптимізований техпроцес. Щоб розбавити абстрактні цифри конкретикою, в пресреліз Hynix приводиться цікавий факт, що при наявності досить швидкого SSD подібне збільшення швидкості ОЗП дозволить передати дев'ять фільмів в Full HD об'ємом 5 ГБ всього за секунду.

Модулі пам'яті DDR4 формату SO-DIMM (для ноутбуків)

Але це ще не все. Завдяки тому, що DDR5 зможе використовувати окремі чипи пам'яті щільністю 64 Гбіт та складати до 8 ядер в рамках одного чипа, об'єм однієї планки може досягати значних 128 ГБ! Для порівняння максимальний об'єм DDR4 становить 32 ГБ, а оптимальною зв'язкою на момент написання статті є 2 планки по 8 ГБ, що працюють у двоканальному режимі.

Також поряд зі збільшенням щільності ядра і пропускної здатності шини, DDR5 демонструє кращу енергоефективність ― робоча напруга нових планок становить 1.1 В. Також варто відзначити поліпшену систему корекції помилок ECC ― в Hynix заявляють, що новий стандарт буде у 20 разів надійніше попередника, що вкрай важливо для техніки майбутнього. Зрештою, все це затівалося з оглядкою на так звану 4-у індустріальну революцію (це слова провідного інженера Hynix), яка принесла нам 5G, доповнену і віртуальну реальність, біг дата, інтернет речей і зачатки штучного інтелекту.

Які комплектуючі підтримують новий формат?

Після тестів на виробництві DDR5 добереться до споживчих ПК. Станеться це не раніше другої половини 2021 року, коли Intel і AMD анонсують нові платформи LGA1700 і AM5 з підтримкою нового формату. Intel хотіла зробити це раніше, разом з анонсом процесорів сімейства Tiger Lake-H, але плани довелося змінити, оскільки виробництво DDR5 перебуває на ранніх стадіях і обходиться досить дорого.

Коли чекати?

Спочатку планувалося, що вихід нових продуктів на ринок відбудеться ще до кінця 2019 року, а вже до 2021 року DDR5 займе чверть ринку. Однак процес затягнувся ― перші прототипи від Rambus і Micron були анонсовані у 2017 році, однак першою до фінішу прийшла саме Hynix. Тепер аналітики прогнозують, що найближчим часом інші провідні гравці в особі Samsung і Micron також об'являть про старт виробництва нової оперативної пам'яті. Однак, на питання «коли чекати» немає однозначної відповіді. Спочатку нова пам'ять пройде обкатку в дата-центрах ― виробники серверів готові переплачувати.

Згідно з прогнозами аналітичного центру IDC, до кінця 2021 року п'яте покоління ОЗП займе майже чверть ринку. Через рік — до кінця 2022 року — вийде практично урівень зі своїм попередником DDR4, а її частка досягне значних 43% в загальному об'ємі. Прогнози аналітиків з TrendForce не настільки райдужні. На їхню думку, AMD нікуди поспішати, після виходу процесорів Ryzen справи у них йдуть чудово, платформа AM4 ще не вичерпала свої можливості, а нові чипи сімейства Vermeer на ядрі Zen 3 тільки починають захоплювати ринок. Тому на їх думку перші 5-нм процесори AMD з підтримкою DDR5 вийдуть тільки у 2022 році. Що стосується Intel, то у них і так вистачає проблем, і перехід на новий стандарт ОЗП їх ніяк не вирішить, а швидше створить нові.

Замість післямови

Як показує досвід впровадження DDR3 і DDR4, правими швидше за все будуть хлопці з TrendForce. Нинішні модулі одночасно дешевшають і нарощують частоти, і якщо декілька років тому нормою були 2400 МГц, то зараз за ті ж гроші можна купити планки на 3200 МГц калібру HyperX Black Fury. А для ентузіастів є варіанти на кшталт Patriot Viper Steel і HyperX Predator, що працюють на частотах 4266 – 4400 МГц. Додайте сюди масові 8-ядерні процесори (а в перспективі і 16-ядерні) і відповідь на питання «навіщо поспішати з оновленням» здасться не такою вже й очевидною. На зв'язці з 16-ядерного «каменя» і пари високотактових планок напевно можна буде досидіти до анонсу DDR6. Тим більше, що перший рік після виходу на споживчий ринок, коштувати вона буде дорого, а в норму ціни через півтора-два роки.