hardware Memórias

[Surfistinha£ 25]

Memórias SDRAM

 

Tanto as memórias FPM quanto as memórias EDO são assíncronas, o que significa que elas trabalham em seu próprio ritmo, independentemente dos ciclos da placa-mãe. Isso explica porque memórias FPM que foram projetadas para funcionar em placas para processadores 386 ou 486 funcionam sem problemas em placas soquete 7, que trabalham a 66 MHz. Na verdade, a memória continua trabalhando na mesma velocidade, o que muda são os tempos de espera que passam a ser mais altos. Assim, em vez de responder a cada 2 ciclos da placa-mãe, elas podem passar a responder a cada 3 ou 4 ciclos, por exemplo.

 

As memórias SDRAM (Synchronous Dynamic RAM) por sua vez, são capazes de trabalhar sincronizadas com os ciclos da placa-mãe, sem tempos de espera. Isso significa que a temporização das memórias SDRAM é sempre de uma leitura por ciclo. Independentemente da freqüência de barramento utilizada, os tempos de acesso serão sempre de 6-1-1-1, ou mesmo 5-1-1-1.

 

Veja que o primeiro acesso continua tomando vários ciclos, pois nele é necessário realizar o acesso padrão, ativando a linha (RAS) e depois a coluna (CAS). Apenas a partir do segundo acesso é que as otimizações entram em ação e a memória consegue realizar uma leitura por ciclo, até o final da leitura.

 

O burst de leitura pode ser de 2, 4 ou 8 endereços e existe também o modo "full page" (disponível apenas nos módulos SDRAM), onde o controlador pode especificar um número qualquer de endereços a serem lidos seqüencialmente, até um máximo de 512. Ou seja, em situações ideais, pode ser possível realizar a leitura de 256 setores em 260 ciclos! :). Só para efeito de comparação, se fossem usadas memórias regulares, com tempos de acesso similares, a mesma tarefa tomaria pelo menos 1280 ciclos.

 

Outra característica que ajuda as memórias SDRAM a serem mais rápidas que as EDO e FPM é a divisão dos módulos de memória em vários bancos. Um módulo DIMM pode ser formado por 2, 4, ou mesmo 8 bancos de memória, cada um englobando parte dos endereços disponíveis. Apenas um dos bancos pode ser acessado de cada vez, mas o controlador de memória pode aproveitar o tempo de ociosidade para fazer algumas operações nos demais, como executar os ciclos de refresh e também a pré-carga dos bancos que serão acessados em seguida. Nos módulos EDO e FPM, todas essas operações precisam ser feitas entre os ciclos de leitura, o que toma tempo e reduz a freqüência das operações de leitura.

 

A partir da memória SDRAM, tornou-se desnecessário falar em tempos de acesso, já que a memória trabalha de forma sincronizada em relação aos ciclos da placa-mãe. As memórias passaram então a ser rotuladas de acordo com a freqüência em que são capazes de operar. No caso das memórias SDRAM temos as memórias PC-66, PC-100 e PC-133, no caso das DDR temos as PC-200, PC-266, PC-333, PC-400 (e assim por diante), enquanto nas DDR2 temos as PC-533, PC-666, PC-800, PC-933, PC-1066 e PC-1200.

 

Um módulo de memória PC-133 deve ser capaz de operar a 133 MHz, fornecendo 133 milhões de leituras (teóricas) por segundo. Entretanto, essa velocidade é atingida apenas quando o módulo realiza um burst de várias leituras. O primeiro acesso continua levando 5, 6 ou mesmo 7 ciclos da placa-mãe, como nas memórias antigas.

 

Ou seja, o fato de ser um módulo PC-100 não indica que o módulo possui um tempo de acesso de 10 ns ou menos (nem mesmo os módulos DDR2 atuais atingem essa marca). Pelo contrário, a maioria dos módulos PC-100 trabalhavam com tempos de acesso de 40 ns. Mas, graças a todas as otimizações que vimos, as leituras podiam ser paralelizadas, de forma que no final o módulo suporta bursts de leitura onde, depois de um lento ciclo inicial, o módulo consegue realmente entregar 64 bits de dados a cada 10 ns.

 

Independentemente da freqüência de operação, temos também os módulos CL2 e CL3, onde o "CL" é abreviação de "CAS latency", ou seja, o tempo de latência relacionado ao envio do valor CAS, durante o primeiro acesso de cada burst.

 

Em módulos CL2, o envio do valor CAS toma 2 ciclos, enquanto nos CL3 toma 3 ciclos. A eles, somamos um ciclo inicial e mais dois ciclos relacionados ao envio do valor RAS, totalizando 5 (nos módulos CL2) ou 6 (nos CL3) ciclos para o acesso inicial.

 

A diferença acaba sendo pequena, pois os acessos seguintes demoram sempre apenas um ciclo.

 

Um módulo CL2 realizaria um burst de 8 leituras em 12 ciclos (5-1-1-1-1-1-1-1), enquanto o CL3 demoraria 13 ciclos (6-1-1-1-1-1-1-1). Ou seja, embora os módulos CL2 sejam celebrados e sejam alvo de um grande esforço de marketing por parte dos fabricantes, a diferença de performance é realmente muito pequena para justificar pagar mais caro num módulo CL2.

 

Apesar disso, os módulos CL2 trabalham com tempos de acesso um pouco mais baixos e por isso suportam melhor o uso de freqüências mais altas que o especificado, dando mais margem para overclock.

 

Veja que das memórias regulares, até as SDRAM, foi possível multiplicar a velocidade das memórias sem fazer alterações fundamentais nas células, que continuam seguindo o mesmo projeto básico, com um transístor e um capacitor para cada bit armazenado. Desde a década de 80, as reduções nos tempos de acesso foram apenas incrementais, acompanhando as melhorias nas técnicas de fabricação. O que realmente evoluiu com o passar do tempo foram os circuitos em torno dos módulos, que otimizaram o processo de leitura, extraindo mais e mais performance.

 

Chegamos então às memórias DDR, DDR2 e DDR3 usadas atualmente, que levam este processo crescente de otimização a um novo nível.

 

Memórias Regulares

As memórias regulares são o tipo mais primitivo de memória RAM. Nelas, o acesso é feito da forma tradicional, enviando o endereço RAS, depois o CAS e aguardando a leitura dos dados para cada ciclo de leitura.

 

Isso funcionava bem nos micros XT e 286, onde o clock do processador era muito baixo, de forma que a memória RAM era capaz de funcionar de forma sincronizada com ele. Em um 286 de 8 MHz, eram usados chips com tempo de acesso de 125 ns (nanossegundos) e em um de 12 MHz eram usados chips de 83 ns.

 

O problema era que a partir daí as memórias da época atingiram seu limite e passou a ser necessário fazer com que a memória trabalhasse de forma assíncrona, onde o processador trabalha a uma freqüência mais alta que a memória RAM.

 

A partir do 386, a diferença passou a ser muito grande, de forma que as placas-mãe passaram a trazer chips de memória cache, dando início à corrida que conhecemos.

 

 

Memórias FPM

 

A primeira melhora significativa na arquitetura das memórias veio com o FPM (Fast-Page Mode, ou "modo de paginação rápida").

 

A idéia é que, ao ler um bloco de instruções ou arquivo gravado na memória, os dados estão quase sempre gravados seqüencialmente. Não seria preciso então enviar o endereço RAS e CAS para cada bit a ser lido, mas simplesmente enviar o endereço RAS (linha) uma vez e em seguida enviar uma seqüência de até 4 endereços CAS (coluna), realizando uma série rápida de 4 leituras.

 

O primeiro ciclo de leitura continua tomando o mesmo tempo, mas as 3 leituras seguintes passam a ser bem mais rápidas. Graças a essa pequena otimização, as memórias FPM conseguem ser até 30% mais rápidas que as memórias regulares, sem grandes alterações nos chips de memória ou na técnica de fabricação. O burst (sequência de acessos rápidos) de 4 leituras pode ser prolongado para 8, ou até mesmo 16 leituras consecutivas, desde que lendo dados gravados em endereços adjacentes, da mesma linha.

 

As memórias FPM foram utilizadas em micros 386, 486 e nos primeiros micros Pentium, na forma de módulos SIMM de 30 ou 72 vias, com tempos de acesso de 80, 70 ou 60 ns, sendo as de 70 ns as mais comuns.

 

Instaladas em uma placa-mãe soquete 7, que trabalhe com bus de 66 MHz, os intervalos de espera de memórias FPM podem ser de até 6-3-3-3, o que significa que o processador terá de esperar cinco ciclos da placa-mãe para a memória efetuar a primeira leitura de dados e somente mais 3 ciclos para cada leitura subseqüente. Os tempos de espera das memórias podiam ser configurados no setup, através da opção "Memory Timing" ou similar, onde ficavam disponíveis opções como "slow", "normal" e "fast", que substituem os valores numéricos.

 

No caso das placas para 486, que operavam a clocks mais baixos (30, 33 ou 40 MHz), os tempos de espera podiam ser configurados com valores mais baixos, como 4-3-3-3 ou 3-2-2-2, já que, com menos ciclos por segundo, é natural que os tempos de resposta dos módulos correspondam a um número menor de ciclos da placa-mãe.

 

Memórias EDO

 

As memórias EDO (Extended Data Output) foram introduzidas a partir de 1994 e trouxeram mais uma melhoria significativa no modo de acesso a dados. Nas memórias FPM, uma leitura não pode ser iniciada antes que a anterior termine, mesmo dentro do burst de 4 leituras dentro da mesma linha. O controlador precisa esperar que os dados referentes à leitura anterior cheguem, antes de poder ativar endereço CAS seguinte.

 

Nas memórias EDO, o controlador faz a leitura enviando o endereço RAS, como de costume, e depois enviando os 4 endereços CAS numa freqüência predefinida, sem precisar esperar que o acesso anterior termine. Os sinais chegam às células de memória na seqüência em que foram enviados e, depois de um pequeno espaço de tempo, o controlador recebe de volta as 4 leituras.

 

O resultado acaba sendo exatamente o mesmo, mas passa a ser feito de forma mais rápida. Usadas em uma placa soquete 7, operando a 66 MHz, as memórias EDO são capazes de trabalhar com tempos de acesso de apenas 6-2-2-2, ou mesmo 5-2-2-2 (nos módulos de 60 ns). Nos bursts de 8 ou mais leituras, o ganho acaba sendo ainda maior, com o módulo FPM realizando a leitura dos 8 endereços em 27 ciclos (6-3-3-3-3-3-3-3) e o EDO em 20 (6-2-2-2-2-2-2-2). Veja que o ganho é maior em leituras de vários endereços consecutivos, por isso alguns aplicativos se beneficiam mais do que outros.

 

Os módulos de memória EDO foram produzidos em versões com tempos de acesso de 70, 60 e 50 ns, com predominância dos módulos de 60 ns. Eles foram usados predominantemente na forma de módulos de 72 vias, usados nos micros 486 e Pentium fabricados a partir de 1995.

 

Existiram ainda alguns módulos DIMM de 168 vias com memória EDO. Eles foram bastante raros, pois foram logo substituídos pelos módulos de memória SDRAM.

 

As melhorias na arquitetura das memórias EDO tornaram-nas incompatíveis com placas-mãe equipadas com chipsets mais antigos. Basicamente, apenas as placas para processadores Pentium e algumas placas-mãe para 486 com slots PCI (as mais recentes) aceitam trabalhar com memórias EDO. Existem também placas para 486 "tolerantes" que funcionam com memórias EDO, apesar de não serem capazes de tirar proveito do modo de acesso mais rápido, e finalmente, as placas incompatíveis, que nem chegam a inicializar caso sejam instaladas memórias EDO.

 

Todos os módulos de 30 vias são de memórias FPM, enquanto (com exceção de alguns módulos antigos) todos os de 168 vias são de memórias SDRAM. A confusão existe apenas nos módulos de 72 vias, que podem ser tanto de memórias EDO quanto de memórias FPM. Para saber quem é quem, basta verificar o tempo de acesso. Todo módulo de memória traz seus dados estampados nos chips, na forma de alguns códigos; o tempo de acesso é indicado no final da primeira linha. Se ela terminar com -7, -70, ou apenas 7, ou 70, o módulo possui tempo de acesso de 70 ns. Se por outro lado a primeira linha terminar com -6, -60, 6 ou 60 o módulo é de 60 ns.

 

Como quase todos os módulos de 70 ns são de memórias FPM, e quase todos os módulos de memórias EDO são de 60 ns, você pode usar esse método para determinar com 95% de certeza o tipo de memória usada:

 

Memórias DDR

 

Apesar das otimizações, os módulos de memória SDRAM continuam realizando apenas uma transferência por ciclo, da forma mais simples possível. Depois de decorrido o longo ciclo inicial, as células de memória entregam uma leitura de dados por ciclo, que passa pelos buffers de saída e é despachada através do barramento de dados. Todos os componentes trabalham na mesma freqüência:

 

As memórias DDR implementam um novo truque, que as torna capazes de realizarem duas transferências por ciclo e serem quase duas vezes mais rápidas que as memórias SDRAM, mesmo mantendo a mesma freqüência de operação e a mesma tecnologia básica. Vem daí o termo "DDR", que significa "Double Data Rate", ou duplo fluxo de dados. Com o lançamento das memórias DDR, as SDRAM passaram a ser chamadas de "SDR", ou "Single Data Rate".

 

Os chips de memória DDR incluem circuitos adicionais, que permitem gerar comandos de acesso e receber os dados referentes às leituras duas vezes por ciclo de clock, executando uma operação no início do ciclo e outra no final. Como são utilizadas as mesmas trilhas para realizar ambas as transferências, não foi necessário fazer grandes modificações nem nos módulos, nem nas placas-mãe.

 

Apesar disso, as células de memória propriamente ditas continuam operando na mesma freqüência. Em um módulo DDR-266, por exemplo, elas operam a apenas 133 MHz, da mesma forma que num módulo PC-133. O pulo do gato é fazer com que cada um dos dois comandos de leitura (ou gravação) sejam enviados para um endereço diferente, na mesma linha. As duas leituras são enviadas através do barramento de dados na forma de duas transferências separadas, uma realizada no início e a outra no final do ciclo de clock:

 

 

O maior problema é que o ciclo inicial continua demorando o mesmo tempo que nas memórias SDRAM, de forma que o ganho aparece apenas em leituras de vários setores consecutivos e a taxa de transferência nunca chega realmente a dobrar, variando bastante de acordo com o tipo de aplicativo usado.

 

A temporização para um burst de 8 leituras, usando memórias DDR, seria 5-½-½-½-½-½-½-½ (8.5 ciclos) ao invés de 5-1-1-1-1-1-1-1 (12 ciclos) como num módulo SDR. A diferença é menor em bursts menores, de apenas duas ou quatro leituras.

 

Apesar disso, as memórias DDR acabaram sendo um excelente negócio, pois tornaram possível obter ganhos perceptíveis de performance sem um aumento considerável no custo. Justamente por isso elas se popularizaram rapidamente, substituindo as memórias SDRAM num espaço de menos de um ano.

 

Os módulos DDR podem ser vendidos tanto segundo sua freqüência de operação quanto segundo sua taxa de transferência.

 

DDR-200 (100 MHz) = PC1600

DDR-266 (133 MHz) = PC2100

DDR-333 (166 MHz) = PC2700

DDR-400 (200 MHz) = PC3200

DDR-466 (233 MHz) = PC3700

DDR-500 (250 MHz) = PC4000

 

Assim como no caso dos módulos SDRAM, existem módulos de memória DDR CL2 e CL3, sendo que nos CL2 o tempo do acesso inicial é reduzido em um ciclo, resultando em um pequeno ganho de desempenho. Como as DDR realizam duas operações por ciclo, surgiram também os módulos CL2.5, que ficam no meio do caminho.

 

As especificações dos módulos indicam a freqüência máxima para a qual seu funcionamento foi comprovado. Nada impede que você use o módulo a uma freqüência mais baixa que o especificado; você pode usar um módulo DDR-400 em uma placa-mãe configurada para trabalhar a 133 MHz, por exemplo, mas nesse caso não existe ganho de desempenho com relação a um módulo DDR-266, com exceção de pequenas diferenças relacionadas ao valor CAS ou à temporização dos dois módulos.

 

Quase sempre, é possível também usar o módulo a freqüências um pouco mais altas que o especificado, fazendo overclock. O módulo DDR-400 poderia funcionar então a 215 MHz, por exemplo. Fazer overclock sem aumentar a tensão da memória não traz perigo para os módulos (mesmo a longo prazo), porém você também não tem garantia de estabilidade. Normalmente os módulos CL2 ou CL2.5 suportam melhor os overclocks, já que o controlador tem mais margem para aumentar a temporização dos módulos para compensar o aumento na freqüência.

 

Ao misturar dois módulos de especificações diferentes, é necessário nivelar por baixo, usando a freqüência suportada pelo módulo mais lento. Justamente por isso, nem sempre é conveniente aproveitar os módulos antigos ao fazer upgrade, pois você acaba sub-utilizando o novo módulo.

 

Em casos onde você tem, por exemplo, um módulo de 128 MB de memória DDR-266, vale mais a pena vender o módulo antigo e comprar um módulo DDR-400 ou DDR-466 de 512 MB ou mais, do que usar o antigo em conjunto com um módulo novo. Verifique apenas se a placa-mãe permite ajustar a freqüência de forma assíncrona, sem aumentar junto a freqüência do FSB (de forma que você possa usar a freqüência correta para o módulo, sem com isso alterar a freqüência dos demais componentes).

 

Continuando, quase todos os módulos de memória SDRAM ou DDR possuem um chip de identificação chamado de "SPD" (Serial Presence Detect), que armazena os códigos de identificação do módulo, detalhes sobre a freqüência, tempos de acesso, CAS latency e outras especificações. Estas informações são exibidas por programas de identificação, como o CPU-Z e o Sandra. No Linux, você pode ler as informações gravadas no chip usando o script "decode-dimms.pl" (você pode encontrá-lo usando o comando "locate"), que faz parte do pacote "lm-sensors". Ele retorna uma longa lista de informações sobre cada um dos módulos instalados na máquina, como neste exemplo:

 

Memory Serial Presence Detect Decoder

By Philip Edelbrock, Christian Zuckschwerdt, Burkart Lingner,

Jean Delvare and others

Version 2.10.1

 

Decoding EEPROM: /sys/bus/i2c/drivers/eeprom/0-0050

Guessing DIMM is in bank 1

 

---=== SPD EEPROM Information ===---

EEPROM Checksum of bytes 0-62 OK (0x8C)

# of bytes written to SDRAM EEPROM 128

Total number of bytes in EEPROM 256

Fundamental Memory type DDR SDRAM

SPD Revision 0.0

 

---=== Memory Characteristics ===---

Maximum module speed 400MHz (PC3200)

Size 512 MB

tCL-tRCD-tRP-tRAS 3-3-3-8

Supported CAS Latencies 3, 2.5, 2

Supported CS Latencies 0

Supported WE Latencies 1

Minimum Cycle Time (CAS 3) 5 ns

Maximum Access Time (CAS 3) 0.65 ns

Minimum Cycle Time (CAS 2.5) 6 ns

Maximum Access Time (CAS 2.5) 0.7 ns

Minimum Cycle Time (CAS 2) 7.5 ns

Maximum Access Time (CAS 2) 0.75 ns

 

---=== Manufacturing Information ===---

Manufacturer Kingston

Manufacturing Location Code 0x04

Part Number K

Manufacturing Date 0x001E

Assembly Serial Number 0x6B376D48

 

Pelas informações, podemos ver que se trata de um módulo DDR-400 (PC3200) de 512 MB da Kingston. Veja que o módulo suporta o uso de CAS 3, 2.5 ou 2, mas em seguida é especificado que o tempo mínimo de acesso usando CAS 3 são 5 ns e usando CAS 2 são 7.5 ns. Ou seja, o módulo só é capaz de usar CAS 2 em freqüências mais baixas. Ao operar a 200 MHz, sua freqüência nominal, ele passa automaticamente a usar CAS 3. Apesar das especificações serem um pouco confusas, elas indicam que na verdade tenho em mãos um módulo CL3.

 

O SPD é um pequeno chip de memória EEPROM, com apenas 128 ou 256 bytes, que pode ser localizado facilmente no módulo:

 

Graças a ele, a placa-mãe pode utilizar automaticamente as configurações recomendadas para o módulo, facilitando a configuração. Mas, você pode desativar a configuração automática (By SPD) e especificar sua própria configuração através do Setup.

 

A maioria das placas atuais permitem que a memória opere de forma assíncrona com o clock da placa-mãe, permitindo que a placa-mãe opere a 166 MHz, enquanto a memória opera a 200 ou 233 MHz, por exemplo. Ao usar um módulo antigo, também é possível fazer o contrário, mantendo a placa-mãe a 200 MHz, mas configurando a memória para operar a 133 MHz, por exemplo:

 

 

Muitas placas vão além, permitindo que você ajuste manualmente o valor CAS da memória. Isso pode ser útil ao fazer overclock, pois um módulo DDR-400, pode não conseguir trabalhar estavelmente a 233 MHz (por exemplo), mantendo o CAS em 2 tempos, mas pode funcionar perfeitamente se o tempo for aumentado para 3 tempos. O inverso também é possível. Um módulo DDR-400 CAS3 poderia vir a trabalhar estavelmente com CAS 2 se a freqüência fosse reduzida para 166 MHz, por exemplo, oferecendo uma boa flexibilidade para quando você tem tempo disponível e quer chegar ao melhor desempenho possível. Algumas placas vão ainda mais longe, oferecendo conjuntos completos de ajustes, como neste segundo screenshot:

 

 

Brincar com a freqüência e tempos de acesso da memória não oferece riscos para o equipamento. No máximo você pode precisar limpar o setup, para que o micro volte a inicializar depois de tentar usar uma configuração não suportada pelos módulos.

 

O maior risco está em aumentar a tensão usada pelos módulos (Memory Voltage). É comprovado que pequenos aumentos na tensão aumentam a possibilidade dos módulos trabalharem estavelmente a freqüências mais altas, sobretudo nos módulos DDR2, que dissipam mais calor. O problema é que isso também pode abreviar a vida útil dos módulos, por isso nem sempre é uma boa idéia.

 

Aumentos de até 5 a 6% estão dentro do limite de tolerância dos circuitos e não oferecem grandes riscos. Você pode usar 2.65v num módulo DDR ou 1.9v num módulo DDR2, mas a partir daí existe prejuízo para a vida útil. Aumentos a partir de 20% podem realmente queimar os módulos em poucas horas, por isso as opções normalmente não ficam disponíveis.

 

Memórias DDR2

 

Seguindo a tendência inaugurada pelas memórias DDR, as DDR2 novamente duplicam a taxa de transferência, realizando agora 4 operações por ciclo. Novamente, as células de memória continuam trabalhando na mesma freqüência anterior e o acesso inicial continua demorando aproximadamente o mesmo tempo. Entretanto, as demais operações dentro do burst passam a ser realizadas em apenas um quarto de ciclo de clock. Usando memórias DDR2, um burst de 8 leituras demoraria apenas 6.75 ciclos de clock (5-¼-¼-¼-¼-¼-¼-¼), contra 8.5 ciclos nas DDR e 12 nas SDR.

 

Como você pode ver, a diferença é maior em aplicativos que precisam manipular grandes blocos de dados e menor em aplicativos que lêem pequenos blocos de dados espalhados. Em nenhuma situação prática a transferência chega realmente a dobrar. Dizer que as "DDR2 são duas vezes mais rápidas" é apenas uma figura de linguagem. :)

 

Em 2005, quando os primeiros módulos DDR2-533 chegaram ao mercado, eles rapidamente ganharam a fama de "lentos", pois eram comparados a módulos DDR-400 ou DDR-466, que já estavam entrincheirados. Embora um módulo DDR2 ganhe de um DDR da mesma freqüência em todos os quesitos (um DDR2-800 contra um DDR-400, por exemplo), o mesmo não acontece se comparamos módulos de freqüências diferentes. Um DDR2-533 opera a apenas 133 MHz, por isso acaba realmente perdendo para um DDR-400 (200 MHz) na maioria das aplicações, pois a ganho de realizar 4 operações por ciclo acaba não sendo suficiente para compensar a diferença na freqüência de operação das células de memória. Vale lembrar que um módulo DDR2-533 trabalha com tempos de latência similares a um módulo DDR-266.

 

Realizar bursts de leituras rápidas pode não ser a forma mais perfeita de criar memórias mais rápidas (por causa do lento ciclo inicial), mas é sem dúvida a mais simples e barata. A freqüência de operação das memórias aumenta de forma gradual, conforme são melhoradas as técnicas de produção. Realizar mais leituras por ciclo de clock é a única forma simples de melhorar a taxa de transferência dos módulos.

 

Assim como no caso dos processadores, não é possível criar um processador capaz de operar ao dobro do clock de uma hora para a outra, mas é possível criar um processador dual-core, por exemplo. No caso das memórias é mais simples, pois você pode ler vários endereços simultaneamente (ou quase), fazendo apenas mudanças nos circuitos controladores.

 

Dependendo da fonte, você pode ler tanto que as memórias DDR2 operam ao dobro da freqüência que as DDR quanto que elas realizam quatro transferências por ciclo em vez de duas. Nenhuma das duas explicações estão erradas, mas ambas são incompletas.

 

Como disse, as células de memória continuam trabalhando na mesma freqüência das memórias SDR e DDR, mas os buffers de entrada e saída, responsáveis por ler os dados, passaram a operar ao dobro da freqüência. É justamente esta freqüência que é "vista" pelo restante do sistema, de forma que a maioria dos programas de diagnóstico mostra a freqüência dobrada usada pelos circuitos de entrada e não a freqüência real das células de memória.

 

Devido a esta ambigüidade, não é errado dizer que os módulos DDR2 operam ao dobro da freqüência dos DDR (os buffers e outros circuitos de apoio realmente operam), nem que são realizadas 4 leituras por ciclo (já que as células de memória continuam operando à mesma freqüência).

 

Ao realizar uma leitura, o controlador de memória gera quatro sinais distintos, que ativam a leitura de quatro endereços adjacentes (4-bit prefetch). As quatro leituras são feitas simultaneamente e os dados são entregues ao buffer, que se encarrega de despachá-los através do barramento principal.

 

Presumindo que o módulo DDR2 do exemplo operasse a 100 MHz, teríamos as células de memória ainda operando na mesma freqüência, mas agora entregando 4 leituras de setores seqüenciais por ciclo. Os buffers e o barramento de dados operam agora a 200 MHz, de forma que as 4 leituras podem ser enviadas em 2 ciclos, com duas transferências por ciclo. Os dois ciclos do barramento são realizados no mesmo espaço de tempo que apenas um ciclo das células de memória:

 

Como vimos, as células de memória podem ser grosseiramente comparadas a uma planilha eletrônica, com inúmeras linhas e colunas. Não existe uma grande dificuldade em ler vários endereços diferentes simultaneamente, desde que o fabricante consiga desenvolver os circuitos de controle necessários. Graças a isso, o desenvolvimento das memórias tem sido focado em realizar mais leituras pro ciclo, combinada com aumentos graduais nas freqüências de operação.

 

Quando as memórias DIMM surgiram, ainda na época do Pentium II, os módulos mais rápidos operavam a 100 MHz (os famosos módulos PC-100). Atualmente temos chips de memória de até 300 MHz que, combinados com as 4 leituras por ciclo, resultam em módulos com transferência teórica de até 9.6 GB/s:

 

DDR2-533 (133 MHz) = PC2-4200

DDR2-667 (166 MHz) = PC2-5300

DDR2-800 (200 MHz) = PC2-6400

DDR2-933 (233 MHz) = PC2-7500

DDR2-1066 (266 MHz) = PC2-8500

DDR2-1200 (300 MHz) = PC2-9600

 

O CAS latency dos módulos DDR2 é medido em termos de ciclos do circuito controlador, por isso são normalmente o dobro do que nos módulos DDR. É como em "duas unidades" ou "quatro metades", no final dá no mesmo ;). Um módulo DDR2-800 com CAS latency 4 possui o mesmo tempo de acesso que um DDR-400 com CAS latency 2.

 

Normalmente, as especificações das memórias DDR2 incluem não apenas o CAS latency (tCL), mas também o RAS to CAS delay (tRCD), Row Precharge Time (tRP) e RAS Activate to Charge (tRAS). Estes mesmos valores podem ser encontrados nas especificações de módulos DDR e SDR, mas com as memórias DDR2 os fabricantes passaram a divulgá-los de forma mais aberta, usando qualquer redução nos valores para diferenciar seus módulos dos concorrentes. Temos então módulos DDR2-800 "4-4-4-12" ou "5-5-5-15", por exemplo.

 

O primeiro número é o CAS latency, que já conhecemos. O seguinte é o RAS to CAS delay, que é o tempo que o controlador precisa esperar entre o envio do endereço RAS e o CAS. Para realizar uma leitura, o controlador envia o sinal RAS, espera o tempo referente ao RAS to CAS delay, envia o sinal CAS, aguarda o número de ciclos referente a ele e então finalmente tem a leitura. Em um módulo DDR2 4-4-4-12, tanto o tCL quanto o tRCD demoram 4 ciclos, de forma que o acesso inicial demoraria um total de 8 ciclos. Em um módulo 5-5-5-15, o tempo subiria para 10 ciclos.

 

É importante lembrar (mais uma vez ;) que aqui estamos falando de ciclos dos circuitos de acesso, que trabalham ao dobro da freqüência. Os 8 ciclos de um módulo DDR2 equivalem ao mesmo espaço de tempo consumido por 4 ciclos de um módulo DDR ou SDR.

 

Junto com o ciclo inicial, o controlador pode realizar um burst de mais 7 leituras (totalizando 8). Cada uma destas leituras adicionais consome o equivalente a meio ciclo do controlador (ou a um quarto de ciclo das células de memória). Caso ele precise de mais dados dentro da mesma linha, ele repete o envio do sinal CAS e realiza um novo burst de leituras.

 

Note que o controlador só precisa enviar o sinal RAS ao mudar a linha ativa, de forma que o tRCD só entra na conta no primeiro acesso. Para os seguintes, temos apenas o tempo referente ao tCL. Caso o controlador precise realizar 24 leituras (dentro da mesma linha), num módulo DDR2 4-4-4-12, teríamos 11.5 ciclos (8+3.5) para as 8 primeiras leituras e mais 15 ciclos (4+3.5+4+3.5) para as 16 leituras subseqüentes. É por causa dessa peculiaridade que os módulos DDR e DDR2 não possuem mais o "full-page mode" suportado pelas memórias SDRAM; ele deixou de ser necessário.

 

O Row Precharge Time (tRP) entra em ação quando o controlador precisa alternar entre diferentes linhas. Cada linha inclui 512 endereços de memória, o equivalente a 4 KB de dados. As linhas são divididas em 4 ou 8 páginas, de forma que um módulo DDR2 de 1 GB teria 8 páginas de 32.768 linhas, ou 4 páginas de 65.536 linhas. Com tantas linhas e páginas diferentes, não é difícil imaginar que o chaveamento entre elas é muito freqüente. Quando falo em linhas e páginas, tenha em mente que essa é apenas a forma como o controlador de memória "enxerga" o módulo. Fisicamente, mesmo os bits de uma mesma linha estão espalhados pelos vários chips do módulo.

 

Antes de poder acessar uma determinada linha, o controlador de memória precisa carregá-la (precharge). Isso consiste em recarregar os capacitores dentro das células de memória, facilitando a leitura dos dados. O Row Precharge Time (tRP) é justamente o tempo necessário para fazer o carregamento, necessário antes de chavear para outra linha, seja no mesmo banco, seja num banco diferente.

 

Sendo assim, mesmo que seja necessário ler um único setor, a leitura demorará (em um módulo 4-4-4-12) 4 ciclos para o tRP, 4 ciclos para o tRCD, 4 ciclos para o tCL, totalizando 12 ciclos. Estes 12 ciclos são justamente o tempo referente ao RAS Activate to Charge (tRAS), que é o tempo mínimo para realizar uma leitura completa. O tRAS é sempre proporcional aos três primeiros valores, pois é justamente a soma dos três. É por isso que ele sempre é mais alto em módulos com CAS latency mais alto.

 

É possível reduzir o tRAS utilizando um recurso chamado Additive Latency, onde o comando para iniciar o precharge do banco seguinte pode ser enviado antes que a leitura atual termine. Isso faz com que o tempo total da leitura seguinte seja reduzido em 1 ou até mesmo 2 ciclos. Esse é o caso dos módulos 5-4-4-11 ou 4-4-4-11, por exemplo. Em outros casos é necessário um ciclo adicional para fechar o banco, que aumenta o tRAS em vez de diminuir. De qualquer forma, o tRAS é dos quatro o parâmetro que menos influi no desempenho, pois só faz alguma diferença real quando o sistema precisa realizar séries de acessos rápidos, a linhas diferentes.

 

Bem, esta última parte exigiu uma explicação mais complexa que o habitual. Como você pode ver, os tempos de acesso dos módulos DDR2 é um pouco mais complexo do que pode parecer à primeira vista.

 

Entretanto, o mais importante dos 4 valores continua sendo o primeiro (o bom e velho CAS latency, ou tCL), já que o tRCD e o tRP são quase sempre iguais a ele e o tRAS é a soma dos três. Ou seja, se o CAS latency é mais baixo, automaticamente os demais valores também são.

 

 

Memórias DDR3

 

O lançamento das memórias DDR2 teve um impacto diferente para a Intel e a AMD. Para a Intel, a migração para as memórias DDR2 foi mais simples, já que o controlador de memória é incluído no chipset, de forma que aderir a uma nova tecnologia demanda apenas modificações nos chipsets e placas.

 

A Intel oferece suporte a memórias DDR2 em seus chipsets desde o i915P, lançado em 2004. Inicialmente, os chipsets ofereciam tanto suporte a memórias DDR quanto DDR2, de forma que ficava a cargo do fabricante escolher qual padrão utilizar. Existem inclusive placas híbridas, que suportam ambos os padrões, como a ECS 915P-A, que possuem dois slots de cada tipo, permitindo que você escolha qual padrão utilizar. A partir de um certo ponto, entretanto, as memórias DDR2 caíram de preço e quase todas as placas soquete 775 passaram a vir com suporte exclusivo a memórias DDR2.

 

Para a AMD, a mudança foi mais tortuosa, já que o Athlon 64 e derivados utilizam um controlador de memória embutido diretamente no processador, desenvolvido de forma a minimizar os tempos de acesso.

 

Por um lado isto é bom, pois oferece um ganho real de desempenho, mas por outro é ruim, pois qualquer mudança no tipo de memória usado demanda mudanças no processador e no soquete usado. Foi justamente isso que aconteceu quando a AMD decidiu fazer a migração das memórias DDR para as DDR2. Além das mudanças internas no processador e controlador de memória, o soquete 754 foi substituído pelo soquete 939 e em seguida pelo AM2, quebrando a compatibilidade com as placas antigas.

 

Com a adoção por parte da AMD, a procura (e conseqüentemente a produção) das memórias DDR2 aumentou bastante, fazendo com que os preços passassem a cair rapidamente.

 

A partir do final de 2006, os preços dos módulos de memória DDR2 (nos EUA) caíram a ponto de passarem a ser mais baratos que os módulos DDR regulares. Como sempre, as mudanças chegam ao Brasil com alguns meses de atraso, mas a partir do início de 2007 as memórias DDR2 passaram a ser encontradas por preços inferiores às DDR por aqui também. Como sempre, módulos de alto desempenho (como os Corsair Dominator) chegam a custar até duas vezes mais caro, mas em se tratando de memórias genéricas, os preços caíram muito.

 

Outra questão importante é a popularização de módulos DDR2-1066 e também de módulos de baixa latência, com temporização de 4-4-3-11, ou mesmo 3-3-3-9. Ao contrário da geração inicial de módulos DDR2, que ofereciam mais banda, mas em compensação trabalhavam com tempos de acesso muito mais altos, esta segunda geração de módulos DDR2 é indiscutivelmente mais rápida. O ganho prático em utilizar memórias DDR2 não é muito grande, pois o barramento com a memória é apenas um dos fatores que determina o desempenho do PC. Mas, a partir do momento em que os módulos DDR2 passam a ser mais baratos, qualquer ganho, por menor que seja, é muito bem-vindo.

 

Enquanto ainda estávamos nos acostumando com as memórias DDR2, a Intel apertou o passo e incluiu o suporte ao padrão seguinte no chipset P35, lançado oficialmente em junho de 2007.

 

Como sugere a lógica, as memórias DDR3 realizam 8 acessos por ciclo, contra os 4 acessos por ciclo das memórias DDR2. Assim como na tecnologia anterior, os acessos são realizados a endereços subjacentes, de forma que não existe necessidade de aumentar a freqüência "real" das células de memória.

 

Inicialmente, os módulos DDR3 foram lançados em versão DDR3-1066 (133 MHz x 8) e DDR3-1333 (166 MHz x 8), seguidos pelo padrão DDR3-1600 (200 MHz x 8). Os três padrões são também chamados de (respectivamente) PC3-8500, PC3-10667 e PC3-12800, nesse caso dando ênfase à taxa de transferência teórica.

 

Apesar do aumento no número de transferências por ciclo, os buffers de dados continuam trabalhando a apenas o dobro da freqüência das células de memória. Ou seja, a freqüência interna (das células de memória) de um módulo DDR3-1600 é de 200 MHz e a freqüência externa (dos buffers de dados) é de 400 MHz. As células de memória realizam 8 transferências por ciclo de clock (em vez de 4, como nas DDR2) e os buffers de dados (que operam ao dobro da freqüência) realizam 4 transferências por ciclo de clock, em vez de apenas duas, como nos módulos DDR2.

 

Com isso, chegamos à freqüência de 1600 MHz divulgada, que, como pode ver, é obtida através do aumento do número de transferências realizadas por ciclo e não através do aumento do clock "real" das células de memória ou dos buffers de dados. Se as mudanças parassem por aí, os módulos DDR3 não ofereceriam ganhos muito grandes na prática, pois o tempo de latência inicial continuaria sendo o mesmo que nos módulos DDR2 (já que não houve mudança na freqüência das células de memória). Se um módulo DDR3 operasse com tempos de acesso 10-10-10-30, os ganhos seriam pequenos em relação a um DDR2 5-5-5-15, já que só haveria ganho nos acessos subseqüentes.

 

Para evitar isso, os módulos DDR3 incluem um sistema integrado de calibragem do sinal, que melhora de forma considerável a estabilidade dos sinais, possibilitando o uso de tempos de latência mais baixos, sem que a estabilidade seja comprometida.

 

Os módulos DDR3 utilizam também 8 bancos em vez de 4, o que ajuda a reduzir o tempo de latência em módulos de grande capacidade. Elas também trouxeram uma nova redução na tensão usada, que caiu para apenas 1.5V, ao invés dos 1.8V usados pelas memórias DDR2. A redução na tensão faz com que o consumo elétrico dos módulos caia proporcionalmente, o que os torna mais atrativos para os fabricantes de notebooks.

 

Somadas todas essas melhorias, os tempos de acesso "reais" dos módulos foram sensivelmente reduzidos. Em vez de de trabalharem com tempos de acesso 10-10-10-30, a geração inicial de módulos DDR3 é capaz de trabalhar com temporização 9-9-9-24, ou mesmo 7-7-7-15.

 

Apesar disso, muitos módulos de alto desempenho podem precisar de tensões mais altas, como 1.6V ou mesmo 1.7V para trabalharem na freqüência máxima. Assim como no caso dos módulos DDR2, os fabricantes podem ajustar a tensão de operação de acordo com as necessidades do projeto e você pode também utilizar tensões mais altas por conta própria ao fazer overclock.

 

Os módulos DDR3 utilizam os mesmos 240 contatos dos módulos DDR2 e mantém o mesmo formato. A única diferença visível (fora etiquetas e códigos de identificação) é a mudança na posição do chanfro, que passou a ser posicionado mais próximo do canto do módulo. O chanfro serve justamente para impedir que módulos de diferentes tecnologias sejam encaixados em placas incompatíveis.

 

 

Módulo DDR3

As memórias DDR2 demoraram quase 3 anos para se popularizarem desde a introdução do chipset i915P, em 2004. As memórias DDR3 devem passar por um caminho similar, com os módulos inicialmente custando muito mais caro e caindo ao mesmo nível de preço dos módulos DDR2 apenas por volta de 2009. Não existe nada de fundamentalmente diferente nos módulos DDR3 que os torne mais caros de se produzir, o preço é determinado basicamente pelo volume de produção.

 

Assim como no caso das memórias DDR2, a maior taxa de transferência oferecida pelas memórias DDR3 resulta em um ganho relativamente pequeno no desempenho global do sistema, de apenas 1 a 3% na maioria dos aplicativos, por isso não vale a pena pagar muito mais caro por módulos DDR3 ao comprar. Enquanto eles estiverem substancialmente mais caros, continue comprando (e indicando) placas com suporte a módulos DDR2.

 

Na culinária, quem é apressado come cru. No mundo da informática os efeitos colaterais são ainda piores, já que quem é apressado paga mais caro. :)

 

Até o momento, o uso de memórias DDR3 está limitado à plataforma Intel, com os chipsets P35, G33, G35 e X38. No caso da AMD, a adoção ainda está indefinida, já que o suporte às memórias DDR3 depende de uma nova mudança no controlador de memória integrado e (possivelmente) também no soquete usado pelos processadores. Além disso, a história mostra que a Intel é quase sempre a primeira a adotar e popularizar novas tecnologias (como as memórias DDR2 e o PCI-Express), enquanto a AMD geralmente prefere esperar até que elas estejam maduras e o custo tenha caído.

[Soonhadoor 0]

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