От DDR до DDR5: Чем отличаются поколения оперативной и видеопамяти

22.01.2024

Первое поколение оперативной памяти DDR появилось на рынке в 2000 году. С тех пор в интервале от 3 до 7 лет появлялись все более новые стандарты, которые обеспечивали прирост быстродействия, увеличивали пропускную способность, снижали энергопотребление, давали другие «плюшки» пользователям. Параллельно активно развивались и стандарты графической памяти GDDR, причем порой даже с опережением технологий ОЗУ. О том, как же эволюционировали основные поколения оперативной и видеопамяти, какие преимущества они обеспечивали владельцам соответствующего «железа», мы и расскажем в этой статье.

Напомним, что подобрать планки ОЗУ для ПК или ноутбука по самым разным критериям, включая поколение памяти и ее тактовую частоту вы можете в общем каталоге. И если хотите именно DDR5, то сперва стоит убедиться, что ваш процессор ее поддерживает. Также и при выборе видеокарт у потенциальных покупателей есть возможность фильтровать модели по типу GDDR.

Истоки развития памяти — SDRAM и VRAM

Старту современной эры оперативной памяти предшествовал выход в 1996 году такой ее разновидности, как SDRAM. Это аббревиатура от Synchronous Dynamic Random Access Memory, что по сути означает, что работа ОЗУ стала не только динамичной, но и синхронной. Тогда же все ключевые компоненты памяти стали работать на одной частоте, а не асинхронно, как прежде.

На момент появления SDRAM была весьма дорогим удовольствием. Сперва ее начали использовать в премиальных графических адаптерах того времени, то есть на рынке она дебютировала в качестве SDR VRAM (видеопамяти).

Рабочая частота SDRAM составляла от 66 до 133 МГц, а напряжение — 3.3 В. Пропускная способность (ПС) не превышала 1 ГБ/с, к тому же у такого ОЗУ отсутствовала поддержка многоканального режима, то есть несколько планок не позволяли поднять ПС. Видеопамять на базе SDR имела слегка подросшие частоты (до 183 МГц), а увеличенная до 128 бит разрядность шины обеспечивала пропускные способности в 2.8 ГБ/с.

До DDR и частоты, и объемы памяти были невелики.

В 2000 году выходит на массовый рынок DDR, а еще раньше (в 1999-м) — GDDR. Это был дебют новой технологии, которая и сегодня является основой для актуальных разработок.

Развитие оперативной памяти от DDR до DDR5

Прототип нового вида памяти DDR создала компания Samsung в 1997 году, а полноценный рабочий чип был представлен в 1998-м. Но выход комплектующих в массы произошел спустя 2 года, когда дебютировали материнские платы с поддержкой DDR.

Данная разновидность ОЗУ базировалась на SDRAM, но создатели изменили механику считывания команд. Главное новшество отчасти становится понятным из расшифровки названия — Double Data Rate: здесь имеет место удвоение скорости передачи, поскольку данные «берутся» дважды за такт. Эту технологию еще называют 2n-prefetch.

Интересно, что физическая частота работы памяти на фоне SDRAM не изменилась, но количество передаваемых данных выросло в 2 раза. В связи с этим появилось понятие эффективных МГц. Так, у DDR именно соответствующий параметр стал главной характеристикой. Реальные 133 МГц (как и у предшественницы SDRAM) обеспечили эффективные 266 МГц у DDR.

Вкратце об основных рабочих характеристиках DDR:

• реальная (физическая) частота упоминаться перестала;
• эффективная частота составила от 266 до 700 МГц (но чаще всего до 400 МГц);
• типичное напряжение 2.5 В;
• быстродействие 3.2 ГБ/с (и до 5.6 ГБ/с при разгоне) на один канал;
• поддержка двухканального режима, то есть пропускная способность с двумя планками повышается.

Внешне планки DDR разных поколений отличаются не очень сильно.

В 2003 году дебютирует DDR2. Во втором поколении реализовали возможность передачи 4 бит за такт (технология 4n-prefetch). Добиться этого удалось за счет повышения частотных характеристик шины и буфера.

Разберем на конкретном примере. В микросхеме DDR1 при физической частоте 200 МГц все компоненты работают на таких показателях. Эффективные частотные характеристики достигают 400 МГц (за счет 2n-prefetch). В DDR2 с теми же 200 МГц шина и буфер функционируют на удвоенной частоте 400 МГц, так что итоговое эффективное значение для модуля — 800 МГц.

В результате кратно выросло быстродействие, но аналогичным образом повысились и задержки (возросли тайминги выполнения операций), поэтому сперва DDR2 не давала ощутимого прироста производительности. Ситуация изменилась с выпуском новых поколений процессоров — AMD Athlon X2 и Intel Core 2. Кстати, и сегодня в полной мере раскрывать потенциал передовых стандартов ОЗУ позволяют адаптированные под них «движки» (и выходят они обычно с опозданием).

Главные параметры DDR2:

• частоты до 1200 МГц;
• рабочее напряжение от 1.8 до 2.1 В;
• ПС до 9.6 ГБ/с.

В 2007 году выходит DDR3. Прирост эффективной частоты тут был реализован аналогичным образом — данные стали передаваться 8 раз за такт (8n-prefetch). Обеспечили это за счет еще одного удвоения частотных значений шины и буфера памяти, а ядро, как и ранее, работало в диапазоне реальных показателей от 100 до 266 МГц. Изначально проблемы у DDR3 были теми же — большие тайминги и, как следствие, незначительный прирост производительности. Ситуацию скорректировали новые «движки» Intel на платформе LGA1366, где появился 3-канальный контроллер памяти.

Еще одним новшеством третьего поколения ОЗУ стала функция Extreme Memory Profile (XMP), обеспечивающая поддержку разгона частотных характеристик.

Основные отличия DDR3:

• частота до 1866 МГц, а с XMP — до 2933 МГц;
• типичное напряжение 1.5 В;
• быстродействие до 23.4 ГБ/с на канал.

Спустя 3 года официально вышел стандарт DDR3L, главным отличием которого стало сниженное напряжение (1.35 В). Такая разновидность ОЗУ первое время использовалась лишь в ультрабуках, но с 2013 года стала применяться в самых разных лэптопах и на десктопных ПК. Кстати, обе разновидности DDR3 на момент публикации этой статьи встречаются в продаже.

В 2014 году на рынок выходит четвертое поколение ОЗУ — DDR4. Инженеры решили отойти от практики дальнейшего повышения частоты шины, а оптимизировали доступ к данным: информация берется не из одного, а из двух банков памяти, а потом объединяется в один поток. По сути тут идет речь про 8n-prefetch, но с увеличенными частотами (правда, уже не 2-кратно) и меньшим рабочим напряжением.

Одной из фишек DDR3 стал _легальный_ разгон с функцией XMP.

Активно выходить на рынок DDR4 стала в 2015 году, но большого прироста в быстродействии на фоне третьего поколения не было (из-за снова возросших задержек). Раскрыть весь потенциал этой разновидности ОЗУ удалось лишь с выпуском более прогрессивных вычислительных платформ — AMD AM4 и Intel LGA1151 v2.

Основные характеристики четвертого поколения DDR:

• частоты — до 3200 МГц (и до 5000 МГц с разгоном XMP);
• рабочее напряжение 1.2 В (с разгоном — выше);
• ПС до 40 ГБ/с.

Отметим, что с повышением многоядерности процессоров прирост пропускной способности ОЗУ в пересчете на ядро практически отсутствовал. А многие контроллеры памяти актуальных сегодня «движков» оказались не готовы к пиковым частотным характеристикам DDR4, что вылилось в появление делителей, которые позволяют процессору работать с половинной частотой планки.

Казалось бы, развитие «движков» явно не поспевает за технологиями ОЗУ и только начинают раскрывать весь потенциал четвертого поколения, но в 2021 году дебютирует DDR5. Тут имеют место сразу несколько значимых изменений:

Пятое поколение DDR5 стало быстрее и энергоэффективнее.

• Это ОЗУ способно передавать данные не 8, а 16 раз за такт (16n-prefetch).
• Вместо стандартной 64-битной шины используется пара каналов по 32 бит, что обеспечивает возможность параллельного выполнения большего числа задач.
• Достигнут прирост объема памяти на одну планку вплоть до 128 ГБ, тогда как у DDR4 максимум — 32 ГБ.
• На каждом модуле по умолчанию реализована коррекция ошибок (ECC), которая в ранних поколениях имела место только в серверной «оперативке».

Основные характеристики пятого поколения DDR5:

• частоты стартуют от 4800 МГц;
• типичное напряжение 1.1 В;
• быстродействие на один канал до 65.6 ГБ/с.

Нужно учитывать, что DDR5 все еще развивается. Ожидается, что эффективные частоты могут превысить и 12000 МГц, хотя на начало 2024 года в продаже есть планки на 8000 МГц. Также и ПС должна повысится.

Для наглядности отличия SDRAM и основных поколений DDR сведены в таблицу:

Поколение	Год выхода	Эффективная частота (max), МГц	Количества данных за такт, бит	Пропускная способность (max), ГБ/с
SDRAM	1996	133	1	1
DDR	2000	700	2	5.6
DDR2	2003	1200	4	9.6
DDR3	2007	2933	8	23.4
DDR4	2014	5000	8	40
DDR5	2021	пока 8000	16	пока 65.6

Эволюция видеопамяти от GDDR до GDDR6

Параллельно с развитием ОЗУ совершенствуются и технологии видеопамяти. Ее ключевое конструктивное отличие — расположение (физическое распаивание) на плате графического адаптера и возможность увеличить ширину шины.

GDDR дебютировала в 1999 году и работала аналогично DDR, то есть с передачей двух бит за один такт. Правда, частоты благодаря оптимизации были выше, вплоть до 900 МГц. Также ширина шины топовых графических адаптеров с GDDR составляла 256 бит, поэтому ПС достигала 30.4 ГБ/с.

В 2003 году выходит GDDR2, которая принципиально не отличалась от первого поколения. Главное изменение — рост эффективных частот до 1000 МГц и возможность в флагманских видеокартах выдать пропускную способность в 32 ГБ/с.

Видеопамять также активно развивается, причем даже с неким опережением ОЗУ.

Большой популярности второе поколение графической памяти не сыскало, ведь уже в 2004 году вышла GDDR3. Эта разновидность основана на DDR2, то есть способна передавать данные 4 раза за такт. Максимальные частоты достигли 2500 МГц, что обеспечило ПС в 70 ГБ/с. А рекордную на то время графическую производительность дали адаптеры серии NVIDIA GeForce GTX200. Они получили шину шириной 512 бит, а пропускная способность составила 159 ГБ/с.

Видеопамять GDDR4 появилась в 2006 году. Она основана на технологиях, используемых в DDR3, то есть 8n-prefetch. Но на практике ни по эффективным частотам, ни по пропускной способности 4-е поколение от GDDR3 не ушло. Более того предшественники даже перегнали эту графическую память. Максимум от GDDR4 соответственно — 2250 МГц и 128 ГБ/с.

Новое поколение также не заставило себя долго ждать — GDDR5 вышла в 2008 году. Тут к технологии 8n-prefetch добавилось важное новшество — параллельная передача сразу двух сигналов. Технически вместо удвоенной скорости передачи (Double Data Rate) появился четырехкратный прирост (Quad Data Rate), а количество передаваемых бит за такт поднялось до 16. Аналогичная разработка стала нормой для новых поколений. GDDR5 долго была лидером рынка и не утратила актуальности сегодня. Частоты за счет новых техпроцессов поднялись до 9000 МГц, а быстродействие на флагманских адаптерах с 512-битной шиной достигло 336 ГБ/с.

В 2016 году впервые именно видеопамять обзавелась самыми новыми технологиями. Так, GDDR5X получила поддержку 16n-prefetch вместе с Quad Data Rate, так что за цикл тут данные могут передаваться 32 раза. Но реальный прирост производительности оказался не большим на фоне GDDR5, так как во избежание перегрева пришлось снижать частоту ядра. Итого топовые показатели составили 11400 Мгц и 547 ГБ/с. GDDR5X не стала очень популярной, ведь довольно быстро вышло новое поколение.

Фактически современная видеопамять уже не DDR, а QDR (Quad Data Rate).

Видеопамять GDDR6 дебютировала в 2018 году. Кардинальных новшеств тут не было, но канал памяти разделили пополам, что позволило выполнять больше параллельных запросов и лучше справляться с ресурсоемкими задачами, причем без повышенных температур. Эффективные частоты подросли до 20000 МГц, а топовые адаптеры достигли пропускной способности 960 ГБ/с (при шине 384 бит). GDDR6 — актуальная в 2024 году память, используемая на GeForce RTX 3000 и 4000-й серии, а также на флагманских AMD Radeon.

GDDR6X — пока что последняя разновидность видеопамяти, которая является усовершенствованием 6-го поколения. Она появилась в 2020 году. Тут была реализована технология 4-уровневого кодирования PAM4, что в теории позволяет за такт передавать не 32, а 64 бита. Но пока реальные преимущества на фоне предшественника не впечатляют — эффективная частота подросла до 22400 МГц, а пропускная способность — 1000 ГБ/с. Правда, и GDDR6, и GDDR6X все еще развиваются и могут достичь новых рекордов.

Главные отличия поколений видеопамяти сведены в сравнительную наглядную таблицу:

Поколение	Год выхода	Эффективная частота (max), Мгц	Количества данных за такт, бит	Пропускная способность, ГБ/с
GDDR	1999	950	2	30.4
GDDR2	2003	1000	2	32
GDDR3	2004	2484	4	159
GDDR4	2006	2250	8	128
GDDR5	2008	9000	16	384
GDDR5X	2016	11400	32	547
GDDR5	2018	пока 20000	32	пока 960
GDDR6X	2020	пока 22400	54	пока 1000

Перспективы развития памяти: конкуренция от HBM, анонс DDR6

Параллельно с DDR и GDDR развивается и другая технология HBM — High Bandwidth Memory. Это многослойная разновидность памяти, которая располагается не на плате, а на подложке вычислительного или графического чипа. HBM находился близко к «камню», что позволяет расширять интерфейс взаимодействия, вплоть до шин на 5120 бит. В результате и итоговая пропускная способность оказывается выше при меньших частотах, чем у главных конкурентов (максимум тут 6400 МГц у третьего поколения).

Если DDR - это как коттеджный поселок, то HBM - многоэтажка или небоскреб.

В роли видеопамяти HBM задействуется в серверных и профессиональных адаптерах, тогда как в игровых ускорителях целесообразнее (и дешевле) применять GDDR. Пока что самым новым является третье поколение памяти. Но во втором квартале 2024-го должен выйти первый ускорить вычислений от Nvidia с новой версией HBM3e. Для нее заявлена пропускная способность в 4080 ГБ/с (а теоретически ПС может достигать 7066 ГБ/с).

Компания Samsung уже анонсировала 6 поколение DDR .

Также продолжается развитие DDR и GDDR. Компания Samsung анонсировала как разработку DDR6, так и обновление видеопамяти GDDR6W. Коммерческую реализацию нового вида ОЗУ стоит ждать не раньше 2025 года (а скорее даже позже). Предполагается, что эффективная частота составит 12 800 МГц с возможностями разгона. У GDDR6W при снижении общих габаритов увеличатся частотные характеристики (хотя, по всей видимости, не значительно) и будет прирост пропускной способности до 1400 ГБ/с.

Но эти перспективные разновидности еще не скоро станут массовыми. Пока что и DDR4 в ОЗУ, и GDDR5 в адаптерах широко представлены.

Выводы и рекомендации по выбору

Можно однозначно утверждать, что развитие оперативной памяти идет с опережением другого «железа». Планки DDR5 появились больше 2 лет назад, но процессоров с их поддержкой пока что не очень много. А при выборе видеокарт геймеры, которые не готовы переплачивать за графический адаптер, смело останавливают свой выбор на моделях с GDDR5. Это поколение на рынке уже 15 лет, на секундочку, но все еще актуально.

В целом, если у вас уже есть ПК, который надо модернизировать, то пятое поколение ОЗУ — это неоднозначный выбор: скорее всего, менять придется почти весь системник. Для новой сборки в 2024 году можно смотреть в сторону DDR5, особенно если готовы доплатить. Во-первых, пятое поколение ощутимо превосходит четвертое и по эффективным частотам, и по пропускной способности. Во-вторых, разница в цене с DDR4 хоть и медленно, но снижается.

Статья полезна? Да 1 Нет 1