Основы ОЗУ

ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) ― это память с произвольным доступом, жизненно важная для временного хранения системных данных. Она выполняет роль очень быстрого временного буфера данных между классическим накопителем и процессором. ОЗУ кэширует данные, хранит в себе временные файлы и программный код: данные сперва попадают с накопителя в саму ОЗУ и уже затем обрабатываются центральным процессором. В отличие от постоянной памяти жесткого диска или твердотельника, для хранения данных в оперативной памяти ей необходима электроэнергия, и при ее отключении данные стираются. Физически, оперативная память в системе представляет собой набор микросхем или модулей (содержащих микросхемы), которые обычно подключаются к системной плате.

История современной оперативной памяти началась с SDRAM в 1992, а спустя 8 лет формат DDR SDRAM занял главенствующую позицию на рынке, вытеснив с рынка остальные разновидности DRAM. Со временем комитет инженерной стандартизации полупроводниковой продукции JEDEC выкатил новый стандарт, который мог принимать ту же одну команду за цикл, но при этом мог считывать по два слова за один такт. Второе поколение DDR реорганизовало внутреннюю структуру памяти так, чтобы она могла работать с четырьмя словами одновременно при той же тактовой частоте. DDR3 снова удвоила внутренний размер данных, но при этом увеличила задержку в их передачи.

Из-за этого JEDEC решила пойти другой дорогой и с переходом на стандарт DDR4 вместо удвоения шины памяти было решено улучшить доступ к внутренним банкам памяти. Это позволило увеличить пропускную способности и наращивать тактовые частоты, при этом снизив напряжение. Проблема была в том, что параллельно ускорению оперативки семимильными шагами увеличивалось количество ядер в процессорах (спасибо, AMD) поэтому пропускная способность в пересчете на одно ядро на среднестатистическом компьютере оставалась на том же уровне. Несмотря на то, что только в 2016 году мы начали привыкать к DDR4, производители памяти понимали необходимость нового стандарта ОЗУ.

Модули памяти DDR4 формата DIMM

Спецификации DDR5: ключевые особенности и насколько она быстрее DDR4?

Основное внимание при разработке стандарта DDR5 было уделено увеличению плотности и памяти, и скорости обмена данными. Согласно официальным спецификациям Hynix, новые модули будут построены на микросхемах 10-нм класса (1Znm) и обеспечат почти двукратный прирост производительности подсистемы памяти в сравнении с DDR4.

Пропускная способность рабочей планки от Hynix составляет 4800 – 5600 Мбит/с на линию, что в 1.8 раза превышает показатель DDR4. Максимальная скорость памяти увеличится с 3.2 до 6.4 Гбит/с, в то время как плотность ядра поднимется в 4 раза (с 16 до 64 Гбит). Поскольку тактовая частота застряла на нескольких сотнях мегагерц и повысить ее пока не получается, разработчикам приходится проделывать тот же фокус, что и с нынешними процессорами, просто добавляя больше ядер и увеличивая способность к параллельной обработке большего количества задач. Вместо одного 64-битного канала данных, DDR5 использует пару независимых 32-битных каналов данных, которые работают с 16-байтными пакетами данных, позволяя доставлять 64 байта информации за одну операцию.

Запуск DDR5 произойдет на скорости 4.8 Гбит/с, а пиковых 6.4 Гбит/с и эффективной частоты в районе 8400 МГц придется подождать, пока не будет оптимизирован техпроцесс. Чтобы разбавить абстрактные цифры конкретикой, в пресс-релизе Hynix приводится факт, что при наличии достаточно быстрого SSD такое увеличение скорости ОЗУ позволяет передать девять фильмов в Full HD объемом 5 ГБ каждый всего за секунду.

Модули памяти DDR4 формата SO-DIMM (для ноутбуков)

Но это еще не все. Благодаря тому, что DDR5 сможет использовать отдельные чипы памяти плотностью до 64 Гбит и укладывать до 8 ядер в рамках одного чипа, объем одной планки может достигать внушительных 128 ГБ! Для сравнения максимальный объем DDR4 составляет 32 ГБ, а оптимальной связкой на момент написания статьи являются 2 планки по 8 ГБ, работающие в двухканальном режиме.

Также наряду с увеличением плотности ядра и пропускной способности шины, DDR5 демонстрирует лучшую энергоэффективность ― рабочее напряжение новых планок составляет 1.1 В. Также стоит отметить улучшенную систему коррекции ошибок ECC ― в Hynix заявляют, что новый стандарт будет в 20 раз надежнее предшественника, что крайне важно для техники будущего. В конце концов, все это затевалось с оглядкой на так называемую 4-ю индустриальную революцию (это слова ведущего инженера Hynix), которая принесла нам 5G, дополненную и виртуальную реальность, биг дата, интернет вещей и зачатки искусственного интеллекта.

Какие комплектующие поддерживают новый формат?

После тестов на производстве DDR5 доберется до потребительских ПК. Произойдет это не раньше второй половины 2021 года, когда Intel и AMD анонсируют новые платформы LGA1700 и AM5 с поддержкой нового формата. Intel хотела сделать это раньше вместе с анонсом процессоров семейства Tiger Lake-H, но позже планы пришлось сдвинуть, так как производство DDR5 находится на самых ранних стадиях и обходится довольно дорого.

Когда ждать?

Изначально планировалось, что выход новых продуктов на рынок случится до конца 2019 года, а уже к в 2021 году DDR5 займет долю в четверть от рынка. Однако процесс затянулся ― первые прототипы от Rambus и Micron были анонсированы еще в 2017 году, однако первой к финишу пришла именно Hynix. Теперь аналитики прогнозируют, что в ближайшие время другие ведущие игроки в лице Samsung и Micron также объявят о старте производства новой оперативной памяти. Тем не менее, на вопрос «когда ждать» нет однозначного ответа. Сначала новая память пройдет обкатку в дата-центрах ― производители серверов готовы переплачивать, если это в итоге позволит снизить стоимость владения и расчетов.

Согласно прогнозу аналитического центра IDC, к концу 2021 года пятое поколение ОЗУ займет почти четверть рынка. Спустя год к концу 2022 года она выйдет практически вровень со своим предшественником DDR4, а ее доля достигнет внушительных 43% в общем объеме. Прогнозы аналитиков из TrendForce не столь радужны. По их мнению AMD некуда спешить, после выхода процессоров Ryzen дела у них идут замечательно, платформа AM4 еще не уперлась в свой потолок, а новые чипы семейства Vermeer на ядре Zen 3 только начинают захватывать рынок. Поэтому по их мнению первые 5-нм процессоры AMD с поддержкой DDR5 выйдут только в 2022 году. Что касается Intel, то у них и так хватает проблем, и переход на новый стандарт ОЗУ их никак не решит, а скорее создаст новые.

В качестве послесловия

Как показывает опыт внедрения DDR3 и DDR4, правы скорее всего будут ребята из TrendForce. Нынешние модули одновременно дешевеют и наращивают частоты, если пару лет назад нормой были 2400 МГц, то сейчас за те же деньги можно купить оверклокерские планки на 3200 МГц калибра HyperX Fury Black. А для энтузиастов имеются варианты вроде Patriot Viper Steel и HyperX Predator, работающие на частотах 4266 – 4400 МГц. Добавьте сюда массовые 8-ядерные процессоры (а в перспективе и 16-ядерные) и ответ на вопрос «зачем спешить с обновлением» покажется не таким уж очевидным. На связке из 16-ядерного «камня» и паре высокотактовых планок наверняка можно будет досидеть до анонса DDR6. Тем более, что первый год после выхода на рынок потребительских ПК, стоить она будет дорого, а цены скорее всего придут в норму через полтора-два года.