Подробный гайд по выбору ноутбучной оперативки
Привет, GT! Пагубная тенденция делать ноутбуки всё тоньше и тоньше уже лишила нас апгрейдов и россыпи портов. В лучшем случае производитель даёт заменить накопитель, в худшем — предлагает докупить уродливую и неприлично дорогую док-станцию с дополнительными разъёмами.
К счастью, профессиональные и игровые лэптопы пока остаются верны старой концепции персонального компьютера, в котором вы вольны апгрейдить железо. О апгрейде подсистемы памяти сегодня и поговорим.
Частотный потенциал и память с нестандартными характеристиками
Старушка DDR3 до сих пор активно присутствует на рынке — даже «флагманские» макбуки до сих пор используют её, а не новый стандарт: благо, процессоры Intel Core поколений Skylake и Kaby Lake умеют работать с обоими типами памяти, правда, с некоторыми ограничениями. Так как контроллер памяти у CPU один, а нормальными для «новой» памяти являются напряжения 1.2-1.35 Вольт, то и DDR3 должна быть с припиской L (low voltage) на конце и пониженным до 1.35 рабочим напряжением. Впрочем, в наше время на мобильных платформах только такая память и присутствует, а современные технологии производства позволяют сделать память, работающую как на напряжении 1.35 вольт, так и на 1.5, и любая мобильная DDR3 от Kingston подойдёт как лэптопу, так и компактной системе с «настольным» процессором.
По спецификациям последние два поколения процессоров i3/i5/i7 в ноутбуках поддерживают DDR4-2400 МГц, DDR3L-2133 МГц и DDR3L-1600 МГц: на первый взгляд выбор не велик. Впрочем, те же ограничения формально существуют на десктопных процессорах и успешно обходятся через BIOS материнской платы. В подтверждение вышесказанного можно привести примеры ноутбуков с установленными с завода модулями DDR4-2800 МГц и те же Макбуки с их 2133 МГц DDR3L.
Разгон на ноутбуке
Так как жадные менеджеры Intel заблокировали возможность разгона для простых смертных, требуя доплаты за «теперь-не-такие-уж-и-бесплатные» мегагерцы, разгон оперативки на ноутбуках доступен в двух случаях: у вас флагманская модель и процессор с индексом HK (i7-7820HK, i7-6820HK) или на тематических форумах существуют модифицированные (или «утёкшие» от производителя) BIOS для вашей модели с разблокированной вкладкой продвинутых настроек.
Для обеспечения комфортных условий в монструозном ASUS ROG GX800V используется гибридная система охлаждения + внешний док с «водянкой»
DDR3L
ASUS, MSI и Lenovo ещё в прошлом поколении перевели свои флагманские игровые лэптопы на передовой стандарт памяти, но кто сказал, что ноутбуку с условным i7-4960HQ пора на пенсию? Да, видеокарты трёхлетней давности в современных играх работаю так себе, а уж мобильные видеокарты — и того хуже, ведь производительность графики в «большом брате» и мобильном ПК сравнялась лишь в этом поколении, но на «средних»-то играть можно? А условным фотошопам, иллюстраторам и прочим три-дэ-максам вообще наплевать на модные технологии: OpenGL поддерживается, 1-2 ГБ видеопамяти есть — и хорошо. А остальное и в быструю оперативку можно положить, если что.
Таблица совместимости
Для упрощения апгрейда старых систем мы составили небольшую табличку, которая поможет вам не ошибиться с выбором оперативной памяти для вашего железного друга.
| Core 2000M-series | Core 3000M-series | Core 4000M-series | Core 5000H-series | Core 6000H-series | Core 7000H-series | |
| Макс. объём RAM, общий | 32 Гб | 32 Гб | 32 Гб | 32 Гб | 64 Гб | 64 Гб |
| Макс. ёмкость одного модуля | 8 Гб | 8 Гб | 16 Гб | 16 Гб | 16 Гб | 16 Гб |
| Поддерживаемые напряжение частоты | DDR3 от 1.3 до 1.5 вольт, 1333 и 1600 МГц | DDR3 от 1.3 до 1.5 вольт, 1333 и 1600 МГц | DDR3L до 1.35 вольт, 1333 и 1600 МГц | DDR3L до 1.35 вольт, 1600 и 1866 МГц | DDR3L до 1.35 вольт, 1600 и 1866 МГц | DDR3L до 1.35 вольт, 1600 и 1866 МГц |
| Рекомендуемая модель | KVR1333D3S9/8G | KVR16S11/8 | KVR16LS11/8 | KVR16LS11/8 HX318LS11IB/8 HX318LS11IBK2/16 (парный комплект) |
HX318LS11IB/8
HX318LS11IBK2/16 (парный комплект)
HX318LS11IB/8
HX318LS11IBK2/16 (парный комплект)
Если ваш ноутбук работает на встроенной в процессор графике и обходится «медленной» заводской памятью — при апгрейде стоит заменить старый модуль на пару максимально быстрых, подобрав совместимые с вашей системой.
iGPU не имеет собственных запасов памяти (кроме скромных по объёму кеша и кадрового буфера), и эксплуатирует системную оперативку для хранения моделей, текстур и результатов промежуточных вычислений, и медленная подсистема памяти — бутылочное горлышко для сравнительно мощных вариантов IntelHD (530 и выше, и, само собой, неплохая графика класса Iris и IrisPro). Подробности об ускорении работы встроенного в процессор видеоядра заменой оперативки можно почитать в нашей предыдущей статье.
С памятью DDR4 всё несколько проще: её поддерживают только два поколения мобильных систем, на базе Intel Core 5000 и 6000 серий, и в игровых ноутбуках (а также некоторых моноблоках и ультракомпактных ПК) обычно с завода стоит достаточное количество оперативки. Из обоих поколений есть исключения — флагманские i7 «мобильной» серии с поддержкой разгона — их контроллер памяти обеспечивает работу высокоскоростных модулей и поддерживает разгон.
| Core 6000H-series | i7-6820HK | Core 7000H-series | i7-7820HK | |
| Макс. объём RAM, общий | 64 Гб | 64 Гб | 64 Гб | 64 Гб |
| Макс. ёмкость одного модуля | 16 Гб | 16 Гб | 16 Гб | 16 Гб |
| Поддерживаемые напряжение частоты | DDR4 до 1.25 вольт, 2133 МГц | DDR4 до 1.25 вольт, 2666 МГц | DDR4 до 1.25 вольт, 2400 МГц | DDR4 до 1.25 вольт, 2800 МГц |
| Рекомендуемая модель | KVR21S15D8/16 | HX426S15IB2K2/32 (парный комплект) | KVR24S17D8/16 HX424S14IB2/16 HX424S14IBK2/32 (парный комплект) | HX426S15IB2K2/32 (парный комплект) |
Релиз памяти на частотах выше ожидается в скором времени
К сожалению, широкую поддержку высокоскоростной памяти SO-DIMM DDR4 с частотой 2800 МГц Intel реализовала только в одном процессором на рынке (и тот обитает в неприлично дорогих системах), а AMD до сих пор не показало мобильные Ryzen’ы: Kingston просто не занимался непопулярным направлением, да и в ноутбуках с i7-7820HK крайне редко не установлен максимальный объём (64 Гб) из коробки.
Муки выбора и подводные камни
Для большинства активных пользователей GT апгрейд вряд ли является нештатной ситуацией, и чёткое понимание необходимых объёмов памяти дополнено неплохим знанием железной части, вот только Geektimes стал настолько популярен, что статьи с него регулярно расходятся по соцсетям и бессовестно передираются на другие ресурсы даже без ссылки на первоисточник, поэтому оставить без внимания некоторые очевидные моменты мы не можем.
Как узнать текущий объём памяти и её характеристики?
Легче всего живётся пользователям Windows 10. Открываем диспетчер задач (Shift+CTRL+Esc), в нём вкладку «Производительность» и переходим в раздел памяти:
Где посмотреть конкретную модель процессора?
Всё там же, но в разделе «Центральный процессор»:
Что делать, если у меня Windows 8 / Windows 7?
Можно воспользоваться бесплатной утилитой CPU-Z — она покажет исчерпывающую информацию и о процессоре, и о наборе установленных модулей памяти.
Какие могут быть подводные камни?
В большинстве случаев — никаких, однако некоторые ноутбуки с младшими процессорами intel отказываются воспринимать 16-гиговые модули памяти стандарта DDR3L, для них максимальный объём ограничен 8 Гб на слот, так что единственный доступный вариант — 2 плашки по 8 ГБ. Так как речь идёт о младших процессорах (i3, pentium, celeron) и их «энергосберегающих» версиях — вряд ли найдётся задача, которая поставит ноутбук с такой начинкой в неудобное положение по памяти (при максимальных 16 Гб), а не по вычислительной мощности.
Система говорит, что у меня есть ещё 2 разъёма памяти, я открыл ноутбук — а единственные доступные слоты заняты, что делать?
Тут вариантов не много: либо производитель решил сэкономить пару баксов и не распаял два дополнительных разъёма, а BIOS один на всю линейку ноутбуков, либо они находятся с другой стороны материнской платы.
В первом случае место под слоты оперативной памяти могут быть обнаружены рядом с имеющимися двумя — в каком-нибудь сервисе вполне могут распаять недостающие элементы, но тут стоит десять раз изучить вопрос, посмотреть смежные модели и проштудировать форумы: возможно, не установлены не только контактные площадки, но и их обвязка.
Необычное расположение слотов оперативки на ноутбуке Lenovo ThinkPad.
Во втором же посмотрите гайды по разборке вашего ноутбука в сети — либо под клавиатурой обнаружится лючок с доступом к двум разъёмам, либо придётся снимать саму материнскую плату.
А что с совместимостью уже установленной памяти с новой?
Если вы купили модуль с теми же частотами, что и уже имеющийся — проблем не будет. Оперативка для ноутбуков крайне редко имеет нестандартные тайминги, а прошитые профили JEDEC имеют конкретные значения задержек для каждой рабочей частоты. Работать с «оверклокерской» памятью может только два процессора (те самые 6820 и 7820HK), а в ноутбуках с таким железом обычно из коробки стоит 32 или 64 ГБ — вряд ли вам потребуется апгрейд в ближайшее время.
Всё это слишком сложно, я не запомню
Что ж, в таком случае из DDR3 с крайне высокой долей вероятности подойдёт KVR16LS11/8, а для систем поновее, с DDR4 на борту — KVR21S15D8/16. Для полной уверенности можно воспользоваться нашим мастером по подбору совместимого железа.
Лето — время для апгрейда
Как обычно, мы дарим нашим читателям промо-коды — и если курс доллара вас не радует, то пусть эта маленькая скидка сделает холодное лето капельку теплее.
Как вы помните, памяти много не бывает, а уж мобильной — тем более. Поэтому, если хотите разжиться Kingston SO-DIMM (а у нас ее много полезной и разной) — это можно сделать здесь.
Кстати, вы наверняка слышали, что у памяти Kingston пожизненная гарантия. Почему это так и как вообще развивалась история памяти нашей компании можете посмотреть в ролике ниже.
В нашем контент-плане наметилось несколько горячих тем, так что подписывайтесь на наш блог и ничего не пропустите.
Как выбрать память для ноутбука
Требования программ к объему доступной памяти растут с каждым месяцем – каждая новая версия требует памяти все больше и больше. Нередка ситуация, когда ноутбук, еще пару-тройку лет назад прекрасно справлявшийся со своими задачами, сегодня нещадно «тормозит». Возможно, дело в лишних службах и ненужных автоматически запускающихся программах; возможно, на компьютере завелся вирус. Но если антивирус ничего не находит, а чистка и переустановка системы не помогают, то, возможно, проблема в недостатке оперативной памяти. Как узнать, что дело именно в нехватке памяти?
OS X демонстрирует высокую наглядность и подробность предоставления информации даже в стандартных программах
В Windows – с помощью диспетчера задач, вызываемого сочетанием клавиш Ctrl-Alt-Del. В Linux можно воспользоваться программой free, а в OS X – системным монитором («Программы» – «Утилиты» – «Мониторинг системы»).
Когда свободная оперативная память стремится к 0, система начинает использовать файл подкачки – часть данных переносится из памяти на жесткий диск. Скорость работы с жестким диском на порядки ниже, чем с оперативной памятью, поэтому обращение к таким данным может «подвесить» компьютер на несколько минут для выполнения операции, которая обычно занимает не дольше секунды. Нужно увеличивать объем памяти.
Тип памяти и частоту установленного модуля можно увидеть на вкладке SPD. Количество свободных и занятых слотов можно узнать, вызвав выпадающий список Memory Slot Selection
dmidecode показывает количество слотов, тип и скорость для каждого занятого слота и помечает фразой «No module installed» каждый свободный слот.
Информации минимум, но этого достаточно для покупки нового модуля памяти
Первым делом следует убедиться, что у ноутбука есть резерв по её увеличению. Для начала, следует обратиться к описанию ноутбука на сайте производителя (или к руководству по эксплуатации) и выяснить, каков максимальный объем памяти для вашей модели. Если резерв по наращиванию памяти имеется, нужно убедиться, что в ноутбуке есть свободные слоты под модули памяти. На OS X это можно сделать стандартными средствами – с помощью вкладки «Память» окна «Информации о системе». В linux можно воспользоваться программой dmidecode (входит в большинство репозиториев). Для Windows выбор подходящих программ велик, но многие из них небесплатные. Из бесплатных можно порекомендовать CPU-Z.
Что делать, если свободных слотов памяти нет, а резерв по увеличению у модели есть? Продать имеющиеся модули памяти и купить новые, большего объема. Этот же вариант можно порекомендовать, если свободный слот есть, но идентичный установленному модуль найти не удается. При покупке нового комплекта целиком вы не связаны требованиями старого модуля памяти и можете выбирать модели с улучшенными характеристиками.
Учтите еще, что 32-разрядные версии Windows не поддерживают более 3 Гб оперативной памяти. Поэтому, если вы собираетесь увеличить память с 2 до 4 Гб, и у вас установлена 32-разрядная версия Windows, нелишне будет перед покупкой памяти попробовать установить 64-разрядную версию и убедиться, что ноутбук и вся периферия корректно работают с этой системой.
Характеристики модулей памяти.
Форм-фактормодулей памяти для ноутбуков один для всех типов – SO-DIMM.
Тип памяти. При покупке дополнительного модуля, тип памяти нового обязательно должен совпадать с типом памяти уже установленного. При покупке комплекта целиком – чем выше тип (DDR – DDR2 – DDR3 – DDR4) тем выше быстродействие памяти и ниже энергопотребление. Но опять же, обязательно следует убедиться (узнать из документации или описания на сайте производителя ноутбука), что выбранный тип памяти поддерживается ноутбуком.
Из этой цепочки немного выбивается DDR3L. Этот тип памяти полностью идентичен DDR3, но имеет пониженное на 10% энергопотребление. Для ноутбуков это довольно важно, так как чем ниже энергопотребление, тем выше продолжительность работы от аккумулятора. Поэтому, выбирая между DDR3 и DDR3L, лучше остановиться на последней (разумеется, при условии поддержки этого типа памяти ноутбуком).
Частота– еще один важный параметр ОЗУ, непосредственно влияющий на скорость работы с памятью. Чем выше частота, тем лучше, но, во-первых, частоты всех установленных модулей должны совпадать, во-вторых, частота должна поддерживаться ноутбуком.
Объем памяти. Требования программного обеспечения к объему памяти все время растут, поэтому рекомендации по необходимому объему памяти быстро устаревают. На сегодняшний день 2 Гб – минимум, достаточный для нормальной работы офисных приложений (Word, Excel) и выхода в Интернет. Для полноценного использования графических пакетов наподобие Photoshop или CorelDraw, просмотра видео в формате HD и нетребовательных игр будет достаточно 4 Гб памяти. Полноценный игровой ноутбук потребует уже от 8 Гб памяти, как и профессиональная рабочая станция для работы с видео или 3D-сценами.
Тайминги– задержки при доступе к памяти, считаются в тактах частоты. Основные тайминги:
— CAS latency (CL) – задержка между запросом к определенному блоку памяти и началом получения/передачи данных. Этот параметр наиболее характерный, для DDR3 его значение должно быть 9-11, в зависимости от частоты; для DDR4 – 15-16. Большие значения латентности нежелательны;
— RAS to CAS Delay (tRCD) – задержка между определением строки и столбца с нужными данными (память организована в табличном виде и для получения определенных данных нужно передать номера строки и столбца)
— RAS precharge (tRP) – завершающая задержка после операции работы с данными перед началом следующей операции.
В характеристиках памяти тайминги часто записываются в виде CL-tRCD-tRP. Например, 5-5-5. Чем меньше тайминг, тем память быстрее, но сравнивать по этому параметру следует только однотипные модули. С ростом частоты тайминги неизбежно растут, и тайминг в 15 для модуля с частотой в 2400 МГц по продолжительности задержки сравним с таймингом 5 для частоты 800 МГц (1 / 2400 * 15 = 1 / 800 * 5).
Размещение чипов. Чипы (микросхемы) памяти на модулях могут размещаться как с одной, так и с двух сторон. На характеристики памяти это не влияет, но обратить на это внимание надо: модули с двусторонней установкой чипов имеют большую толщину и могут просто не поместиться в свободный слот.
Если вы решили обновить всю оперативную память, обратите внимание на комплекты оперативной памяти, состоящие из 2х или 4х модулей, специально подобранных, чтобы обеспечить работу с памятью в двух- или четырехканальном режиме. Двухканальный режим ускоряет работу с памятью за счет появления возможности одновременного обращения к двум областям памяти, находящимся на разных модулях. Теоретически такой режим должен ускорять работу с памятью вдвое, но практически прирост производительности составляет от 5 до 15%. Для работы памяти в двухканальном режиме необходимо, чтобы материнская плата ноутбука поддерживала такой режим (реализовано во всех современных материнских платах), чтобы модулей памяти было четное количество и чтобы они были идентичны. Хотя обычно двухканальный режим включается на однотипных модулях памяти без особых проблем, покупка комплекта памяти является гарантией включения этого режима.
Производитель. Производство оперативной памяти – высокотехнологичный процесс, требующий высочайшей культуры производства и современнейшего оборудования. Процент брака присутствует у любого производителя, но только флагманы индустрии способны обеспечить низкий процент брака и своевременное его выявление. Покупка памяти малоизвестного производителя – всегда лотерея: если повезет, память верой и правдой проработает годы, демонстрируя вполне неплохие характеристики. Если же не повезет, и вам попадется бракованный чип, то не факт, что вы сможете поменять его по гарантии: брак памяти может привести к трудновыявимым ошибкам, возникающим случайно или только при определенных условиях. Поэтому, если вам важна стабильная и производительная работа памяти, приобретайте модули проверенных производителей, например, AMD, Corsair, Crucial, Transcend, Kingston.
Варианты выбора.
Если вы желаете «добрать» 2 Гб к двум имеющимся для апгрейда вашего ноутбука, выбирайте среди одиночных 2-гигабайтных модулей проверенных производителей. Не забудьте выяснить тип и частоту уже установленного модуля и выбрать идентичные. Это обойдется вам в 930-1350 рублей.
Если вам нужна память, которая прослужит долго, покупайте модули проверенных производителей со сроком гарантии в 10 лет – этого срока более чем достаточно и наверняка новая память вам потребуется раньше, чем выйдет срок гарантии. Такие модули будут стоит от 1150 рублей за 2 Гб.
Если вам нужен комплект быстродействующей памяти для игрового компьютера с гарантированной поддержкой двухканального режима, выбирайте среди соответствующих комплектов оперативной памяти. Такой комплект обойдется вам от 4050 рублей за 8 Гб.
Анатомия RAM
У каждого компьютера есть ОЗУ, встроенное в процессор или находящееся на отдельной подключенной к системе плате — вычислительные устройства просто не смогли бы работать без оперативной памяти. ОЗУ — потрясающий образец прецизионного проектирования, однако несмотря на тонкость процессов изготовления, память ежегодно производится в огромных объёмах. В ней миллиарды транзисторов, но она потребляет только считанные ватты мощности. Учитывая большую важность памяти, стоит написать толковый анализ её анатомии.
Итак, давайте приготовимся к вскрытию, выкатим носилки и отправимся в анатомический театр. Настало время изучить все подробности каждой ячейки, из которых состоит современная память, и узнать, как она работает.
Зачем же ты, RAM-ео?
Процессорам требуется очень быстро получать доступ к данным и командам, чтобы программы выполнялись мгновенно. Кроме того, им нужно, чтобы при произвольных или неожиданных запросах не очень страдала скорость. Именно поэтому для компьютера так важно ОЗУ (RAM, сокращение от random-access memory — память с произвольным доступом).
Существует два основных типа RAM: статическая и динамическая, или сокращённо SRAM и DRAM.
Мы будем рассматривать только DRAM, потому что SRAM используется только внутри процессоров, таких как CPU или GPU. Так где же находится DRAM в наших компьютерах и как она работает?
Большинству людей знакома RAM, потому что несколько её планок находится рядом с CPU (центральным процессором, ЦП). Эту группу DRAM часто называют системной памятью, но лучше её называть памятью CPU, потому что она является основным накопителем рабочих данных и команд процессора.
Как видно на представленном изображении, DRAM находится на небольших платах, вставляемых в материнскую (системную) плату. Каждую плату обычно называют DIMM или UDIMM, что расшифровывается как dual inline memory module (двухсторонний модуль памяти) (U обозначает unbuffered (без буферизации)). Подробнее мы объясним это позже; пока только скажем, что это самая известная RAM любого компьютера.
Она не обязательно должна быть сверхбыстрой, но современным ПК для работы с большими приложениями и для обработки сотен процессов, выполняемых в фоновом режиме, требуется много памяти.
Ещё одним местом, где можно найти набор чипов памяти, обычно является графическая карта. Ей требуется сверхбыстрая DRAM, потому что при 3D-рендеринге выполняется огромное количество операций чтения и записи данных. Этот тип DRAM предназначен для несколько иного использования по сравнению с типом, применяемым в системной памяти.
Ниже вы видите GPU, окружённый двенадцатью небольшими пластинами — это чипы DRAM. Конкретно этот тип памяти называется GDDR5X, о нём мы поговорим позже.
Графическим картам не нужно столько же памяти, как CPU, но их объём всё равно достигает тысяч мегабайт.
Не каждому устройству в компьютере нужно так много: например, жёстким дискам достаточно небольшого количества RAM, в среднем по 256 МБ; они используются для группировки данных перед записью на диск.
На этих фотографиях мы видим платы HDD (слева) и SSD (справа), на которых отмечены чипы DRAM. Заметили, что чип всего один? 256 МБ сегодня не такой уж большой объём, поэтому вполне достаточно одного куска кремния.
Узнав, что каждый компонент или периферийное устройство, выполняющее обработку, требует RAM, вы сможете найти память во внутренностях любого ПК. На контроллерах SATA и PCI Express установлены небольшие чипы DRAM; у сетевых интерфейсов и звуковых карт они тоже есть, как и у принтеров со сканнерами.
Если память можно встретить везде, она может показаться немного скучной, но стоит вам погрузиться в её внутреннюю работу, то вся скука исчезнет!
Скальпель. Зажим. Электронный микроскоп.
У нас нет всевозможных инструментов, которые инженеры-электронщики используют для изучения своих полупроводниковых творений, поэтому мы не можем просто разобрать чип DRAM и продемонстрировать вам его внутренности. Однако такое оборудование есть у ребят из TechInsights, которые сделали этот снимок поверхности чипа:
Если вы подумали, что это похоже на сельскохозяйственные поля, соединённые тропинками, то вы не так далеки от истины! Только вместо кукурузы или пшеницы поля DRAM в основном состоят из двух электронных компонентов:
Синими и зелёными линиями обозначены соединения, подающие напряжение на МОП-транзистор и конденсатор. Они используются для считывания и записи данных в ячейку, и первой всегда срабатывает вертикальная (разрядная) линия.
Канавочный конденсатор, по сути, используется в качестве сосуда для заполнения электрическим зарядом — его пустое/заполненное состояние даёт нам 1 бит данных: 0 — пустой, 1 — полный. Несмотря на предпринимаемые инженерами усилия, конденсаторы не способны хранить этот заряд вечно и со временем он утекает.
Это означает, что каждую ячейку памяти нужно постоянно обновлять по 15-30 раз в секунду, хотя сам этот процесс довольно быстр: для обновления набора ячеек требуется всего несколько наносекунд. К сожалению, в чипе DRAM множество ячеек, и во время их обновления считывание и запись в них невозможна.
К каждой линии подключено несколько ячеек:
Строго говоря, эта схема неидеальна, потому что для каждого столбца ячеек используется две разрядные линии — если бы мы изобразили всё, то схема бы стала слишком неразборчивой.
Полная строка ячеек памяти называется страницей, а длина её зависит от типа и конфигурации DRAM. Чем длиннее страница, тем больше в ней бит, но и тем большая электрическая мощность нужна для её работы; короткие страницы потребляют меньше мощности, но и содержат меньший объём данных.
Однако нужно учитывать и ещё один важный фактор. При считывании и записи на чип DRAM первым этапом процесса является активация всей страницы. Строка битов (состоящая из нулей и единиц) хранится в буфере строки, который по сути является набором усилителей считывания и защёлок, а не дополнительной памятью. Затем активируется соответствующий столбец для извлечения данных из этого буфера.
Если страница слишком мала, то чтобы успеть за запросами данных, строки нужно активировать чаще; и наоборот — большая страница предоставляет больше данных, поэтому активировать её можно реже. И даже несмотря на то, что длинная строка требует большей мощности и потенциально может быть менее стабильной, лучше стремиться к получению максимально длинных страниц.
Если собрать вместе набор страниц, то мы получим один банк памяти DRAM. Как и в случае страниц, размер и расположение строк и столбцов ячеек играют важную роль в количестве хранимых данных, скорости работы памяти, энергопотреблении и так далее.
Например, схема может состоять из 4 096 строк и 4 096 столбцов, при этом полный объём одного банка будет равен 16 777 216 битам или 2 мегабайтам. Но не у всех чипов DRAM банки имеют квадратную структуру, потому что длинные страницы лучше, чем короткие. Например, схема из 16 384 строк и 1 024 столбцов даст нам те же 2 мегабайта памяти, но каждая страница будет содержать в четыре раза больше памяти, чем в квадратной схеме.
Все страницы в банке соединены с системой адресации строк (то же относится и к столбцам) и они контролируются сигналами управления и адресами для каждой строки/столбца. Чем больше строк и столбцов в банке, тем больше битов должно использоваться в адресе.
Для банка размером 4 096 x 4 096 для каждой системы адресации требуется 12 бит, а для банка 16 384 x 1 024 потребуется 14 бит на адреса строк и 10 бит на адреса столбцов. Стоит заметить, что обе системы имеют суммарный размер 24 бита.
Если бы чип DRAM мог предоставлять доступ к одной странице за раз, то это было бы не особо удобно, поэтому в них упаковано несколько банков ячеек памяти. В зависимости от общего размера, чип может иметь 4, 8 или даже 16 банков — чаще всего используется 8 банков.
Все эти банки имеют общие шины команд, адресов и данных, что упрощает структуру системы памяти. Пока один банк занят работой с одной командой, другие банки могут продолжать выполнение своих операций.
Весь чип, содержащий все банки и шины, упакован в защитную оболочку и припаян к плате. Она содержит электропроводники, подающие питание для работы DRAM и сигналов команд, адресов и данных.
На фотографии выше показан чип DRAM (иногда называемый модулем), изготовленный компанией Samsung. Другими ведущими производителями являются Toshiba, Micron, SK Hynix и Nanya. Samsung — крупнейший производитель, он имеет приблизительно 40% мирового рынка памяти.
Каждый изготовитель DRAM использует собственную систему кодирования характеристик памяти; на фотографии показан чип на 1 гигабит, содержащий 8 банков по 128 мегабита, выстроенных в 16 384 строки и 8 192 столбца.
Выше по рангу
Компании-изготовители памяти берут несколько чипов DRAM и устанавливают их на одну плату, называемую DIMM. Хотя D расшифровывается как dual (двойная), это не значит, что на ней два набора чипов. Под двойным подразумевается количество электрических контактов в нижней части платы; то есть для работы с модулями используются обе стороны платы.
Сами DIMM имеют разный размер и количество чипов:
На фотографии сверху показана стандартная DIMM для настольного ПК, а под ней находится так называемая SO-DIMM (small outline, «DIMM малого профиля»). Маленький модуль предназначен для ПК малого форм-фактора, например, ноутбуков и компактных настольных компьютеров. Из-за малого пространства уменьшается количество используемых чипов, изменяется скорость работы памяти, и так далее.
Существует три основных причины для использования нескольких чипов памяти на DIMM:
То есть каждому DIMM, который устанавливается в компьютер с Ryzen, потребуется восемь модулей DRAM (8 чипов x 8 бит = 64 бита). Можно подумать, что графическая карта 5700 XT будет иметь 32 чипа памяти, но у неё их только 8. Что же это нам даёт?
В чипы памяти, предназначенные для графических карт, устанавливают больше банков, обычно 16 или 32, потому что для 3D-рендеринга необходим одновременный доступ к большому объёму данных.
Один ранг и два ранга
Множество модулей памяти, «заполняющих» шину данных контроллера памяти, называется рангом, и хотя к контроллеру можно подключить больше одного ранга, за раз он может получать данные только от одного ранга (потому что ранги используют одну шину данных). Это не вызывает проблем, потому что пока один ранг занимается ответом на переданную ему команду, другому рангу можно передать новый набор команд.
Платы DIMM могут иметь несколько рангов и это особенно полезно, когда вам нужно огромное количество памяти, но на материнской плате мало разъёмов под RAM.
Так называемые схемы с двумя (dual) или четырьмя (quad) рангами потенциально могут обеспечить большую производительность, чем одноранговые, но увеличение количества рангов быстро повышает нагрузку на электрическую систему. Большинство настольных ПК способно справиться только с одним-двумя рангами на один контроллер. Если системе нужно больше рангов, то лучше использовать DIMM с буферизацией: такие платы имеют дополнительный чип, облегчающий нагрузку на систему благодаря хранению команд и данных в течение нескольких циклов, прежде чем передать их дальше.
Множество модулей памяти Nanya и один буферный чип — классическая серверная RAM
Но не все ранги имеют размер 64 бита — используемые в серверах и рабочих станциях DIMM часто размером 72 бита, то есть на них есть дополнительный модуль DRAM. Этот дополнительный чип не обеспечивает повышение объёма или производительности; он используется для проверки и устранения ошибок (error checking and correcting, ECC).
Вы ведь помните, что всем процессорам для работы нужна память? В случае ECC RAM небольшому устройству, выполняющему работу, предоставлен собственный модуль.
Шина данных в такой памяти всё равно имеют ширину всего 64 бита, но надёжность хранения данных значительно повышается. Использование буферов и ECC только незначительно влияет на общую производительность, зато сильно повышает стоимость.
Жажда скорости
У всех DRAM есть центральный тактовый сигнал ввода-вывода (I/O, input/output) — напряжение, постоянно переключающееся между двумя уровнями; он используется для упорядочивания всего, что выполняется в чипе и шинах памяти.
Если бы мы вернулись назад в 1993 год, то смогли бы приобрести память типа SDRAM (synchronous, синхронная DRAM), которая упорядочивала все процессы с помощью периода переключения тактового сигнала из низкого в высокое состояние. Так как это происходит очень быстро, такая система обеспечивает очень точный способ определения времени выполнения событий. В те времена SDRAM имела тактовые сигналы ввода-вывода, обычно работавшие с частотой от 66 до 133 МГц, и за каждый такт сигнала в DRAM можно было передать одну команду. В свою очередь, чип за тот же промежуток времени мог передать 8 бит данных.
Быстрое развитие SDRAM, ведущей силой которого был Samsung, привело к созданию в 1998 году её нового типа. В нём передача данных синхронизировалась по повышению и падению напряжения тактового сигнала, то есть за каждый такт данные можно было дважды передать в DRAM и обратно.
Как же называлась эта восхитительная новая технология? Double data rate synchronous dynamic random access memory (синхронная динамическая память с произвольным доступом и удвоенной скоростью передачи данных). Обычно её просто называют DDR-SDRAM или для краткости DDR.
Память DDR быстро стала стандартом (из-за чего первоначальную версию SDRAM переименовали в single data rate SDRAM, SDR-DRAM) и в течение последующих 20 лет оставалась неотъемлемой частью всех компьютерных систем.
Прогресс технологий позволил усовершенствовать эту память, благодаря чему в 2003 году появилась DDR2, в 2007 году — DDR3, а в 2012 году — DDR4. Каждая новая версия обеспечивала повышение производительности благодаря ускорению тактового сигнала ввода-вывода, улучшению систем сигналов и снижению энергопотребления.
DDR2 внесла изменение, которое мы используем и сегодня: генератор тактовых сигналов ввода-вывода превратился в отдельную систему, время работы которой задавалось отдельным набором синхронизирующих сигналов, благодаря чему она стала в два раза быстрее. Это аналогично тому, как CPU используют для упорядочивания работы тактовый сигнал 100 МГц, хотя внутренние синхронизирующие сигналы работают в 30-40 раз быстрее.
DDR3 и DDR4 сделали шаг вперёд, увеличив скорость тактовых сигналов ввода-вывода в четыре раза, но во всех этих типах памяти шина данных для передачи/получения информации по-прежнему использовала только повышение и падение уровня сигнала ввода-вывода (т.е. удвоенную частоту передачи данных).
Сами чипы памяти не работают на огромных скоростях — на самом деле, они шевелятся довольно медленно. Частота передачи данных (измеряемая в миллионах передач в секунду — millions of transfers per second, MT/s) в современных DRAM настолько высока благодаря использованию в каждом чипе нескольких банков; если бы на каждый модуль приходился только один банк, всё работало бы чрезвычайно медленно.
| Тип DRAM | Обычная частота чипа | Тактовый сигнал ввода-вывода | Частота передачи данных |
| SDR | 100 МГц | 100 МГц | 100 MT/s |
| DDR | 100 МГц | 100 МГц | 200 MT/s |
| DDR2 | 200 МГц | 400 МГц | 800 MT/s |
| DDR3 | 200 МГц | 800 МГц | 1600 MT/s |
| DDR4 | 400 МГц | 1600 МГц | 3200 MT/s |
Каждая новая версия DRAM не обладает обратной совместимостью, то есть используемые для каждого типа DIMM имеют разные количества электрических контактов, разъёмы и вырезы, чтобы пользователь не мог вставить память DDR4 в разъём DDR-SDRAM.
Сверху вниз: DDR-SDRAM, DDR2, DDR3, DDR4
DRAM для графических плат изначально называлась SGRAM (synchronous graphics, синхронная графическая RAM). Этот тип RAM тоже подвергался усовершенствованиям, и сегодня его для понятности называют GDDR. Сейчас мы достигли версии 6, а для передачи данных используется система с учетверённой частотой, т.е. за тактовый цикл происходит 4 передачи.
| Тип DRAM | Обычная частота памяти | Тактовый сигнал ввода-вывода | Частота передачи данных |
| GDDR | 250 МГц | 250 МГц | 500 MT/s |
| GDDR2 | 500 МГц | 500 МГц | 1000 MT/s |
| GDDR3 | 800 МГц | 1600 МГц | 3200 MT/s |
| GDDR4 | 1000 МГц | 2000 МГц | 4000 MT/s |
| GDDR5 | 1500 МГц | 3000 МГц | 6000 MT/s |
| GDDR5X | 1250 МГц | 2500 МГц | 10000 MT/s |
| GDDR6 | 1750 МГц | 3500 МГц | 14000 MT/s |
Кроме более высокой частоты передачи, графическая DRAM обеспечивает дополнительные функции для ускорения передачи, например, возможность одновременного открытия двух страниц одного банка, работающие в DDR шины команд и адресов, а также чипы памяти с гораздо большими скоростями тактовых сигналов.
Какой же минус у всех этих продвинутых технологий? Стоимость и тепловыделение.
Один модуль GDDR6 примерно вдвое дороже аналогичного чипа DDR4, к тому же при полной скорости он становится довольно горячим — именно поэтому графическим картам с большим количеством сверхбыстрой RAM требуется активное охлаждение для защиты от перегрева чипов.
Скорость битов
Производительность DRAM обычно измеряется в количестве битов данных, передаваемых за секунду. Ранее в этой статье мы говорили, что используемая в качестве системной памяти DDR4 имеет чипы с 8-битной шириной шины, то есть каждый модуль может передавать до 8 бит за тактовый цикл.
То есть если частота передачи данных равна 3200 MT/s, то пиковый результат равен 3200 x 8 = 25 600 Мбит в секунду или чуть больше 3 ГБ/с. Так как большинство DIMM имеет 8 чипов, потенциально можно получить 25 ГБ/с. Для GDDR6 с 8 модулями этот результат был бы равен 440 ГБ/с!
Обычно это значение называют полосой пропускания (bandwidth) памяти; оно является важным фактором, влияющим на производительность RAM. Однако это теоретическая величина, потому что все операции внутри чипа DRAM не происходят одновременно.
Чтобы разобраться в этом, давайте взглянем на показанное ниже изображение. Это очень упрощённое (и нереалистичное) представление того, что происходит, когда данные запрашиваются из памяти.
На первом этапе активируется страница DRAM, в которой содержатся требуемые данные. Для этого памяти сначала сообщается, какой требуется ранг, затем соответствующий модуль, а затем конкретный банк.
Чипу передаётся местоположение страницы данных (адрес строки), и он отвечает на это передачей целой страницы. На всё это требуется время и, что более важно, время нужно и для полной активации строки, чтобы гарантировать полную блокировку строки битов перед выполнением доступа к ней.
Затем определяется соответствующий столбец и извлекается единственный бит информации. Все типы DRAM передают данные пакетами, упаковывая информацию в единый блок, и пакет в современной памяти почти всегда равен 8 битам. То есть даже если за один тактовый цикл извлекается один бит, эти данные нельзя передать, пока из других банков не будет получено ещё 7 битов.
А если следующий требуемый бит данных находится на другой странице, то перед активацией следующей необходимо закрыть текущую открытую страницу (это процесс называется pre-charging). Всё это, разумеется, требует больше времени.
Все эти различные периоды между временем отправки команды и выполнением требуемого действия называются таймингами памяти или задержками. Чем ниже значение, тем выше общая производительность, ведь мы тратим меньше времени на ожидание завершения операций.
Некоторые из этих задержек имеют знакомые фанатам компьютеров названия:
| Название тайминга | Описание | Обычное значение в DDR4 |
| tRCD | Row-to-Column Delay: количество циклов между активацией строки и возможностью выбора столбца | 17 циклов |
| CL | CAS Latency: количество циклов между адресацией столбца и началом передачи пакет данных | 15 циклов |
| tRAS | Row Cycle Time: наименьшее количество циклов, в течение которого строка должна оставаться активной перед тем, как можно будет выполнить её pre-charging | 35 циклов |
| tRP | Row Precharge time: минимальное количество циклов, необходимое между активациями разных строк | 17 циклов |
Существует ещё много других таймингов и все их нужно тщательно настраивать, чтобы DRAM работала стабильно и не искажала данные, имея при этом оптимальную производительность. Как можно увидеть из таблицы, схема, демонстрирующая циклы в действии, должна быть намного шире!
Хотя при выполнении процессов часто приходится ждать, команды можно помещать в очереди и передавать, даже если память занята чем-то другим. Именно поэтому можно увидеть много модулей RAM там, где нам нужна производительность (системная память CPU и чипы на графических картах), и гораздо меньше модулей там, где они не так важны (в жёстких дисках).
Тайминги памяти можно настраивать — они не заданы жёстко в самой DRAM, потому что все команды поступают из контроллера памяти в процессоре, который использует эту память. Производители тестируют каждый изготавливаемый чип и те из них, которые соответствуют определённым скоростям при заданном наборе таймингов, группируются вместе и устанавливаются в DIMM. Затем тайминги сохраняются в небольшой чип, располагаемый на плате.
Даже памяти нужна память. Красным указано ПЗУ (read-only memory, ROM), в котором содержится информация SPD.
Процесс доступа к этой информации и её использования называется serial presence detect (SPD). Это отраслевой стандарт, позволяющий BIOS материнской платы узнать, на какие тайминги должны быть настроены все процессы.
Многие материнские платы позволяют пользователям изменять эти тайминги самостоятельно или для улучшения производительности, или для повышения стабильности платформы, но многие модули DRAM также поддерживают стандарт Extreme Memory Profile (XMP) компании Intel. Это просто дополнительная информация, хранящаяся в памяти SPD, которая сообщает BIOS: «Я могу работать с вот с такими нестандартными таймингами». Поэтому вместо самостоятельной возни с параметрами пользователь может настроить их одним нажатием мыши.
Спасибо за службу, RAM!
В отличие от других уроков анатомии, этот оказался не таким уж грязным — DIMM сложно разобрать и для изучения модулей нужны специализированные инструменты. Но внутри них таятся потрясающие подробности.
Возьмите в руку планку памяти DDR4-SDRAM на 8 ГБ из любого нового ПК: в ней упаковано почти 70 миллиардов конденсаторов и такое же количество транзисторов. Каждый из них хранит крошечную долю электрического заряда, а доступ к ним можно получить за считанные наносекунды.
Даже при повседневном использовании она может выполнять бесчисленное количество команд, и большинство из плат способны без малейших проблем работать многие годы. И всё это меньше чем за 30 долларов? Это просто завораживает.
DRAM продолжает совершенствоваться — уже скоро появится DDR5, каждый модуль которой обещает достичь уровня полосы пропускания, с трудом достижимый для двух полных DIMM типа DDR4. Сразу после появления она будет очень дорогой, но для серверов и профессиональных рабочих станций такой скачок скорости окажется очень полезным.
