Встроенный контроллер памяти в процессоре что. Intel будет встраивать контроллеры памяти в процессоры? ПЗУ - энергонезависимая память

Контроллер памяти теперь неотъемлемая составляющая самого процессора. В процессорах AMD интегрированный контроллер памяти использовался уже более шести лет (до появления архитектуры Sandy Bridge), так что те, кто этим вопросом уже интересовался, достаточное количество информации накопить успели. Однако для процессоров Intel, занимающих куда большую долю рынка (а, следовательно, и для большинства пользователей) актуальным изменение характера работы системы памяти стало только вместе с выходом действительно массовых процессоров компании с интегрированным контроллером памяти.

Перемещение контроллера памяти непосредственно в современные процессоры достаточно сильно сказывается на общей производительности компьютерных систем. Главным фактором тут является исчезновение «посредника» между процессором и памятью в лице «северного моста». Производительность процессора больше не зависит от используемого чипсета и, как правило, вообще от системной платы (т.е. последняя превращается просто в объединительную панель).

Оперативная память следующего поколения, DDR4 SDRAM, привнесла в серверные, настольные и мобильные платформы значительное увеличение производительности. Но достижение новых рубежей быстродействия требует радикальных изменений в топологии подсистемы памяти. Эффективная частота модулей DDR4 SDRAM составит от 2133 до 4266 МГц. Перспективные модули памяти не только быстрее, но и экономичнее своих предшественников. Они используют пониженное до 1,1-1,2 В напряжение питания, а для энергоэффективной памяти штатным является напряжение 1,05 В. Производителям чипов DRAM при изготовлении микросхем DDR4 SDRAM пришлось прибегать к использованию самых передовых производственных технологий.

Массовый переход на использование DDR4 SDRAM планировался на 2015 год, но при этом необходимо иметь в виду, что экстремально высокие скорости работы памяти нового поколения потребовали внесения изменений в привычную структуру всей подсистемы памяти. Дело в том, что контроллеры DDR4 SDRAM смогут справиться лишь с единственным модулем в каждом канале. Это значит, что на смену параллельному соединению модулей памяти в каждом канале придёт чётко выраженная топология точка-точка (каждая установленная планка DDR4 будет задействовать разные каналы). Чтобы гарантировать высокие частоты спецификация DDR4 поддерживает только один модуль на каждый контроллер памяти. Это означает, что производителям потребовалось увеличить плотность чипов памяти и создать более продвинутые модули. В то же время тайминги продолжали расти, хотя время доступа продолжало снижаться.

Компания Samsung Electronics освоила выпуск многоярусных 512-Мбит чипов DRAM по технологии TSV. Именно эту технологию планирует использовать для выпуска DDR4. Таким образом, планируется добиться выпуска относительно недорогих чипов памяти DDR4 очень высокой ёмкости.

Ещё один хорошо известный и уже зарекомендовавший себя способ - использование техники так называемой "разгружающей памяти" - LR-DIMM (Load-Reduce DIMM). Суть идеи состоит в том, что в состав модуля памяти LR-DIMM входит специальный чип (или несколько чипов), буферизирующих все сигналы шины и позволяющих увеличить количество поддерживаемой системой памяти. Правда, не стоит забывать про единственный, пожалуй, но от этого не менее существенный недостаток LR-DIMM: буферизирование неизбежно ведёт к дополнительному увеличению латентности, которая у памяти DDR4 по определению будет и без того немаленькая. Для сегмента серверных и high-end вычислений, где востребован очень большой объём памяти, предлагается совершенно иной выход из ситуации. Здесь предполагается использование высокоскоростной коммутации специальными многовходовыми чипами-коммутаторами.

Компании Intel и Micron совместными усилиями создали новый тип системы хранения данных, который в одну тысячу раз быстрее самой передовой памяти NAND Flash. Новый тип памяти, получивший название 3D XPoint, показывает скорости чтения и записи в тысячу раз превышающие скорость обычной памяти NAND, а также обладает высокой степенью прочности и плотности. Новостное агентство CNET сообщает, что новая память в десять раз плотнее чипов NAND и позволяет на той же физической площади сохранять больше данных и при этом потребляет меньше питания. Intel и Micron заявляют, что их новый тип памяти может использоваться как в качестве системной, так и в качестве энергозависимой памяти, то есть, другими словами, ее можно использовать в качестве замены как оперативной RAM-памяти, так и SSD. В настоящий момент компьютеры могут взаимодействовать с новым типом памяти через интерфейс PCI Express, однако Intel говорит, что такой тип подключения не сможет раскрыть весь потенциал скоростей новой памяти, поэтому для максимальной эффективности памяти XPoint придется разработать новую архитектуру материнской платы.

Благодаря новой технологии 3DXpoint (кросс-поинт) ячейка памяти меняет сопротивление для различения между нулем и единицей. Поскольку ячейка памяти Optane не одержит транзистора, плотность хранения данных в памяти Optane превышает в 10 раз показатели NAND Flash. Доступ к индивидуальной ячейке обеспечивает сочетание определенных напряжений на пересекающихся линиях проводников. Аббревиатура 3D введена поскольку ячейки в памяти расположены в несколько слоев.

Уже в 2017 году технология получила широкое применение и будет использоваться как в аналогах флеш-карт, так и в модулях оперативной памяти. Благодаря новой техноголии, компьютерные игры получат мощнейшее развитие, ведь сложные по объему памяти локации и карты будут загружаться мгновенно. Intel заявляет о 1000-кратном превосходстве нового типа памяти, по сравнению с привычными нам флеш-картами и жесткими дисками. Устройства под брендом Optane будет производить компания Micron с использованием 20-нм техпроцесса. В первую очередь будет произведен выпуск 2.5 дюймовых твердотельных накопителей SSD, но также выйдут диски SSD с другими типоразмерами, дополнительно компания выпустит модули оперативной памяти Оптейн DDR4 для серверных платформ Интел.

В первый месяц осени мы активно разбираем вопросы выбора оперативной памяти для нового персонального компьютера. Так как все современные системы поддерживают исключительно DDR3 тип памяти, именно о ней мы и ведем речь в статьях. В предыдущих статьях мы разобрали вопросы выбора планок оперативной памяти и ее типов, в отдельной статье мы остановились на вопросах выбора оптимального объема памяти для персонального компьютера. В данной завершающей обзорной статье мы хотели бы остановиться на вопросах выбора оперативной памяти применительно к процессорным платформам, существующим на рынках.
Рассмотрение сокетных платформ следует начать с того, что каждый процессорный сокет рассчитан на определенный тип процессоров, а для материнских плат выпускаются собственные чипы. Контроллер оперативной памяти встроен в современные процессоры, поэтому можно смело заявлять, что тип рекомендуемой памяти всецело зависит от центрального процессора, а тип примененного процессора от выбранного сокета и платформы. Начнем рассмотрение с популярных сокетных платформ компании AMD.

Одной из популярных и одновременно огорчивших пользователей оказался сокет AMD Socket FM1 . Данный сокет предназначен для использования процессоров AMD Llano. Данные процессоры имеют интегрированный контроллер оперативной памяти и неплохое графическое ядро. Максимальной официально поддерживаемой рабочей частотой планок оперативной памяти для данного сокета является частота 1866 Мгц. Поэтому мы рекомендуем приобретать именно данные планки оперативной памяти, так как они достаточно доступные на сегодняшний день. Следует отдельно выделить, что контроллер процессоров формата FM1 обладает способностью показывать отличный разгонный потенциал памяти, поэтому имеет смысл присмотреться к хорошо разгоняемым модулям, если вы планируете разгон на базе данной платфомы.

Картинка кликабельна --

Новые процессоры AMD Trinity основаны на архитектуре Piledriver, то есть вычислительные ядра данных процессоров должны будут работать быстрее, чем у AMD Llano. Сообщается об обновлении интегрированной графики в процессорах. В частности, наиболее быстрым графическим блоком будет AMD Radeon HD 7660D. Следует отметить, что архитектура данных ядер не аналогична архитектуре дискретных видеокарт AMD Radeon HD 7000, к примеру, ядрам Tahiti, поэтому возлагать особых надежд на красивые цифры не следует.

Существенным обнадеживающим фактом может считаться то, что AMD обнадежила пользователей долгим существованием сокета FM2, поэтому врятли покупателей данной платформы постигнет учесть владельцев Socket FM1 уже через год после анонса.

По предварительным данным, контроллер памяти двухъядерного процессора AMD A6-5400K с интегрированной графикой AMD Radeon HD 7540D и уровнем тепловыделения 65 ватт будет поддерживать память типа DDR3 с максимальной частотой лишь 1600 Мгц. Все остальные более старшие решения AMD A8-5500, AMD A8-5600K, AMD A10-5700 должны будут поддерживать наиболее быструю сертифицированную память DDR3 - 1866 Мгц.

Следует отметить, что покупателям AMD A6-5400K не следует гоняться за памятью DDR3-1600 Мгц. Обыкновенный разгон позволит достичь частоты 1866 Мгц, а если вы откажитесь от разгона - память все равно сможет работать также как и обычная с рабочей частотой 1600 Мгц. А вот при продаже планок памяти на вторичном рынке у вас могут возникнуть проблемы с продажей устаревающей DDR3-1600 Мгц.

Контроллеры у процессоров AMD Llano и AMD Trinity двухканальные, поэтому планки необходимо приобретать парные.

Картинка кликабельна --

Не следует забывать о существовании процессоров с разблокированным множителем для платформы AM3 - сери AMD Black Edition. Контроллеры оперативной памяти данных процессоров поддерживают планки с частотой до 1600 Мгц. Несмотря на это, опыт показывает, что контроллеры данных процессоров практически не могут выйти за пределы частоты в 1866 Мгц, поэтому приобретать оверклоккерские комплекты памяти для данных решений не имеет никакого смысла.

Картинка кликабельна --

Картинка кликабельна --

Если же вы не планируете разгон или не знали что нужно приобретать материнские платы на чипсетах с маркировкой "P" или "Z", и процессор с разблокированным множителем - смысла тратить средства нет. Приобретаете стандартные модули памяти и живете спокойно.

На сокете LGA 1156 мы останавливаться не будем, так как она ушла в истрорию. Лишь отметитм, что контроллер данных процессоров двухканальный. Для разгона также рекомендуется приобретать хорошие модули памяти. Во многих случаях можно обойтись планками с рабочей частотой 1866 Мгц.

Картинка кликабельна --

Картинка кликабельна --

Очень хочется надеяться, что данная статья поможет вам определиться с выбором памяти для своего процессора.

Большая пропускная способность системной памяти, и маленькое значение задержки памяти всегда были актуальны. С момента возникновения AnandTech - с 1997 года – происходит развитие памяти: переход с EDO на SDRAM, с PC66 на PC133, с SDR на DDR, и даже с VC на DRDRAM. Одно лишь использование DDR SDRAM увеличивает производительность Athlon на 20-30 процентов. Кроме того, известно, насколько важно значение задержек при большой пропускной способности памяти. Встает вопрос: если производители процессоров могут выпускать настолько мощные процессоры, почему никто не может для них придумать эффективный способ получения данных из памяти?

Рассмотрим путь, который проходят данные, перед тем как попасть из памяти в процессор. Когда процессор выполняет считывание из системной памяти, в первую очередь команда посылается по системной шине в северный мост чипсета, который затем передает её встроенному контроллеру памяти. Именно в этих первых шагах скрываются подводные камни. Иногда (хотя и редко - ведь системная шина и шины памяти обычно синхронизируются) не хватает пропускной способности системной шины. В результате снижается скорость чтения из памяти. Намного чаще случаются большие задержки из-за неэффективной работы северного моста и контроллера памяти.

Далее, когда контроллер памяти получил команду на считывание, по шине памяти запрос пересылается в память, и через несколько операций найденные данные пересылаются назад, в контроллер памяти. Затем контроллер памяти принимает эти данные и передает на интерфейс системной шины в северном мосту, и далее эти данные попадают назад в процессор.

Что касается второй половины этого процесса, все зависит целиком от типа используемой памяти и частоты шины памяти. Однако с помощью чипсета и системной шины можно повлиять на скорость выполнения первой и нескольких последних операций.

Можно было бы применить промежуточный кэш L3 как способ сокращения задержек и как способ увеличения загрузки канала между северным мостом и процессором, но AMD выбрала интеграцию контроллера памяти прямо в процессор.

Рис. 6. Схема процессора Hammer

От этого не только сокращаются задержки в работе с памятью (теперь запросы на запись/считывание минуют внешний северный мост), но существенно сокращаются шансы того, что чипсет будет тормозить общую производительность платформы. Мы видели множество примеров того, как Athlon не достигал максимальной производительности лишь благодаря платформам, работающим не так, как положено. Поэтому ничего лучше, как избавиться от источника проблем и интегрировать контроллер памяти в процессор, придумано не было.

Архитектура Hammer обращается к встроенному контроллеру памяти (MCT) и встроенному контроллеру DRAM (DCT). Контроллер памяти представляет собой обобщенный интерфейс между ядром Hammer и контроллером DCT. Этот контроллер понимает, что такое память вообще, но он никоим образом не привязан к конкретному типу используемой памяти. Контроллер памяти подключен к DCT, который представляет собой более специфическое устройство, работающее лишь с определенными типами памяти. Теоретически AMD могла создать Hammer с поддержкой DDR SDRAM, и Hammer с поддержкой RDRAM просто изменив контроллер DTC, но заметим, что пользы от использования RDRAM для Hammer крайне мало. Один из недостатков RDRAM - слишком большие задержки, проявляющиеся довольно часто. Один из способов решения этой проблемы - использование RDRAM совместно с процессорами с длинными конвейерами, как в Pentium 4. Ясно, что конвейер Hammer не такой длинный, и тактовая частота у него не сможет компенсировать задержки RDRAM, как сделано в Pentium 4. Поэтому решение AMD остаться с DDR SDRAM вполне разумно.

Первые процессоры на архитектуре Hammer обладали либо 64-битным, либо 128-битным контроллером DDR SDRAM. Контроллер DCT может поддерживать тактовые частоты 100, 133, или 166МГц под DDR200, DDR266 или DDR333 SDRAM. AMD ясно дала понять, что в более поздних версиях Hammer DCT контроллер DDR поменяют на контроллер DDR-II.

Сравнение пропускной способности памяти

Расположение контроллера памяти непосредственно на кристалле означает ещё и то, что скорость доступа к памяти напрямую зависит от тактовой частоты, так как данные уже попадают в процессор, минуя системную шину. В качестве примера на Microprocessor Forum AMD привела теоретический 2ГГц Hammer с задержкой памяти всего 12 нс (справа вы видите конвейер Hammer). Очевидно, сюда не входит время считывания данных из памяти, но в любом случае, это оказывается намного быстрее работы через внешний северный мост. Итак, AMD собирается увеличить количество инструкций, выполняемых за такт за счет увеличения скорости считывания данных из памяти. В результате этого, исполнительные устройства Hammer будут лучше обеспечены данными, нежели исполнительные устройства Athlon.

Рис. 8 Время считывания

данных из памяти

Итак, встроенный контроллер памяти перенимает на себя одну из основных функций внешнего северного моста. AMD пошла дальше и практически встроила северный мост в кристалл процессора. Единственное, что осталось на долю традиционного внешнего северного моста - это контроллер AGP. Это практически устранит все проблемы с производительностью, которые бы возникли при использовании Hammer с чипсетами ее времени, к тому же, это осчастливило производителей материнских плат - ведь значительно упростится компоновка дорожек между памятью и процессором.

Ниже представлен пример однопроцессорной системы Hammer.

Рис. 9. Типовая «архитектура» AMD Hammer

Как видно, единственный чип, имеющийся на материнской плате (кроме южного моста) - это контроллер AGP 8X. Он взаимодействует с процессором по шине HyperTransport. Вероятно, в поисках дешевого решения, производители чипсетов просто создадут один единственный чип, который будет выполнять все традиционные функции южного моста плюс функции контроллера AGP 8X.

Кроме того, на изображении видно только два банка памяти. AMD заявила, что однопроцессорные системы на базе Hammer будут поддерживать максимум 2 небуферизованных DIMM.

Не так давно на рынке появились процессоры семейства AMD64, в основе которых лежит новое ядро ревизии E. Это ядро, изготавливаемое с использованием технологического процесса с нормами производства 90 нм, а также с применением технологий SOI (Silicon on Insulator) и DSL (Dual Stress Liner) нашло применение сразу в нескольких линейках процессоров от AMD. Сферы применения ядра ревизии E весьма различны. Его можно встретить как в процессорах Athlon 64 и Athlon 64 FX, где оно обозначается кодовыми именами Venice и San Diego; в двухъядерных CPU семейства Athlon 64 X2, где его называют Toledo или Manchester; а также в процессорах Sempron, где это ядро именуется Palermo.

Разрабатывая и доводя до стадии массового производства новые ядра, компания AMD стремится не только к повышению предельных тактовых частот своих процессоров, но и к улучшению их характеристик. Ядро ревизии E стало очередным этапом на этом пути: с его внедрением процессоры Athlon 64 и их производные приобрели новые свойства. Наиболее заметным усовершенствованием стало появление в процессорах AMD поддержки инструкций SSE3, которые имелись в продуктах конкурента со времени начала выпуска CPU с 90 нм ядром Prescott. Кроме этого, традиционной доводке подвергся и интегрированный контроллер памяти.

Тесты показали, что поддержка SSE3 команд даёт очень немного. Приложений, эффективно использующих эти инструкции, на сегодняшний день крайне мало, да и сам набор SSE3 вряд ли может претендовать на звание полноценного подмножества команд.

Поэтому, на этот раз мы решили уделить большее внимание изменениям, внесённым в интегрированный контроллер памяти процессоров с ядром ревизии E. Следует заметить, что в более ранних ядрах своих CPU AMD не только увеличивала производительность контроллера памяти, но и расширяла его совместимость с различными комбинациями различных модулей памяти. Ядро ревизии D, известное в первую очередь благодаря процессорам Athlon 64 с кодовым именем Winchester, в этом плане явилось своеобразным рубежом. Во-первых, в процессорах Winchester по сравнению с предшественниками несколько увеличилась производительность контроллера памяти. Во-вторых, процессоры с ядром Winchester стали способны работать с модулями DDR400 SDRAM, установленными сразу во все четыре слота DIMM на материнской плате. Казалось бы, оптимум достигнут, однако, инженеры AMD посчитали иначе. Процессоры AMD с ядром ревизии E располагают ещё более совершенным контроллером памяти.

Куда же были направлены усилия инженеров на этот раз? Естественно, определенные оптимизации были вновь сделаны для увеличения производительности котроллера памяти. Так, тесты процессоров с ядром Venice продемонстрировали их небольшое превосходство над аналогами с ядром Winchester. Кроме того, снова улучшилась совместимость. Процессоры AMD с ядром ревизии E стали способны нормально функционировать при установке в систему нескольких модулей памяти различной организации и объёма, что, несомненно, значительно упрощает выбор комплектующих для дальнейшего апгрейда. Также, процессоры, в основе которых лежит новое ядро, теперь могут без проблем работать и с четырьмя двухсторонними модулями DDR400 SDRAM. Ещё одним интересным свойством процессоров с ядром ревизии E стало появление новых делителей, задающих частоту памяти. Благодаря этому новые CPU от AMD теперь безо всяких оговорок поддерживают DDR SDRAM, работающую на частотах, превышающих 400 МГц.

реклама

Работа с четырьмя двухсторонними модулями DDR400 SDRAM

Интегрированный контроллер памяти процессоров Athlon 64 – достаточно капризный узел. Различные неприятные моменты, связанные с его функционированием стали выясняться с момента появления процессоров с поддержкой двух каналов памяти. Выяснилось, что из-за достаточно высокой электрической нагрузки, которую накладывают модули памяти на контроллер, Athlon 64 имеет определённые проблемы при работе с четырьмя модулями DIMM. Так, при установке в систему на базе Athlon 64 четырёх модулей памяти, CPU может сбрасывать их частоту, увеличивать тайминги или не работать вообще.

Впрочем, справедливости ради следует отметить, что серверный аналог Athlon 64, Opteron, подобных проблем лишён благодаря использованию более дорогих регистровых модулей. Однако, применение таких модулей в настольных системах неоправданно, и поэтому пользователям необходимо мириться с некоторыми ограничениями, возникающими при установке в систему более двух модулей DIMM.

Впрочем, постепенно описанные проблемы всё же решаются. В то время как старые процессоры Athlon 64, основанные на ядрах, производимых по 130 нм технологии, не могли работать с четырьмя двухсторонними модулями DDR400 SDRAM на частоте 400 МГц вообще и снижали их частоту до 333 МГц, современные процессоры с 90 нм ядрами предлагают пользователям несколько лучшие варианты. Уже в ядре ревизии D, известном нам по кодовому имени Winchester, стала возможна работа с четырьмя двухсторонними модулями DDR400 SDRAM, при условии установки тайминга Command Rate в 2T.

В наши дни в цивилизованном мире вы с трудом найдёте человека, который никогда бы не пользовался компьютером и не имел представление о том, что это такое. Поэтому, вместо того чтобы в очередной раз рассказывать обо всем известных частях этой сложной системы, мы расскажем вам о чём-то, что вы ещё не знаете. Мы обсудим и дадим небольшую характеристику контроллерам памяти, без которых работа компьютера была бы невозможна. Если вы хотите вникнуть в систему работы вашего персонального компьютера или ноутбука, то вы обязательно должны знать это. И так, давайте обсудим сегодня, что же такое контроллеры памяти.

Задача, которая стоит перед контроллерами памяти компьютера является очень важной для работы компьютера. Контроллер памяти – это чип, который расположен на материнской плате или на центральном процессоре. Главной функцией, которую выполняет этот крохотный чип, является управление потоками данных, как входящих, так и исходящих. Второстепенной функцией контроллера памяти является увеличение потенциала и работоспособности системы, а так же равномерное и правильное размещение информации в памяти, которое доступно благодаря новым разработкам в области новых технологий.

Размещение контроллера памяти в компьютере зависит от определённых моделей материнских плат и центральных процессоров. В некоторых компьютерах дизайнеры поместили этот чип на северном параллельном присоединении материнской платы, в то время как в других компьютерах они размещены на центральном процессоре типа «die». Те системы, которые рассчитаны на установку контроллера в материнской плате, имеют большое количество новых различных физических гнёзд. Оперативная память, которая используется в компьютерах такого типа, так же имеют новый современный дизайн.

Главная цель использования контроллера памяти в компьютере заключается в том, чтобы система могла считывать и записывать изменения в оперативной памяти, а также обновлять её при каждой загрузке. Это происходит благодаря тому, что контроллер памяти посылает электрические заряды, которые в свою очередь, являются сигналами для выполнения тех или иных действий. Не углубляясь в техническую терминологию, мы можем утвердить тот факт, что контроллеры памяти являются одной из самых важных деталей в компьютере, позволяющих использовать оперативную память, и без которой его работа была бы невозможной.

Контроллеры памяти бывают разных типов. Они различаются на:
- контроллеры памяти с двойной скоростью передачи данных (DDR);
- полностью буферизованные контроллеры памяти (FB);
- двуканальные контроллеры (DC).

Функции, которые могут выполнять контроллеры памяти разных типов, отличаются друг от друга. Например, контроллеры памяти с двойной скоростью передачи данных используются, чтобы передавать данные, в зависимости от увеличения или уменьшения темпа часов памяти. В то время как в двуканальной памяти используется два контроллера памяти параллельно друг от друга. Это позволяет компьютеру увеличить быстродействие системы, создавая больше каналов, но, несмотря на трудности, которые возникают в результате использования кучи проводов, данная система работает довольно эффективно. Однако возникают трудности при создании новых каналов, поэтому данный вид контроллера памяти не безупречен.

Полностью буферизованные контроллеры памяти с другой стороны отличаются от остальных типов контроллеров памяти. В данной технологии используется серийные каналы передачи данных, которые нужны для связи с материнской платой и непохожие на остальные системы схемы оперативной памяти RAM. Преимущество данного типа контроллеров заключается в том, что полностью буферизованные контроллеры памяти уменьшают количество проводов, которые используются в материнской плате, и что позволяет уменьшить затраченное на выполнение задачи время.

Как вы уже убедились, контроллеры памяти очень нужны для стабильной работы компьютера, и разные типы используются для разных целей. Цены на линейки памяти варьируются от очень высоких до очень низких, что зависит от типа и функций, которые выполняет тот или иной контроллер памяти.