DDR-SDRAM gehört zum Standardarbeitsspeicher in den heutigen Rechnersystemen. Rasant vollzog sich die Entwicklung dieser neuen Speichertechnologie. Mitte 2000 erschienen erste Chipsätze mit DDR200/266-SDRAM-Unterstützung. Heute liefern Speicherhersteller bereits DDR400-Module und solche, die diese Spezifikation übertreffen.
Aber ein Ende dieser Speichertechnologie ist bereits abzusehen, denn mit DDR2 befindet sich die nächste Generation kurz vor der Markteinführung. Die Vorteile: DDR2-Speicher arbeitet bei gleicher Bandbreite mit der halben internen Core-Taktfrequenz und verringert signifikant den Energieverbrauch gegenüber dem herkömmlichen DDR-Memory. Der Chipsatzhersteller VIA setzt auf die neue DDR2-Speichergeneration. Bis Ende 2003 favorisierte das taiwanische Unternehmen die Quad-Band-Memory-Technologie (QBM), inzwischen ist es ruhig darum geworden. Durch einen technischen Trick verdoppelt sich die Bandbreite der Speichermo-
dule, obwohl nur Standard-DDR266/333/400-Speicherchips verwendet werden.
Auch SiS beschreitet neue Wege bei der Erhöhung der Bandbreite des Speicherbusses. Der Chipsatzhersteller verwendet die von Intel lange Zeit bevorzugte RDRAM-Technologie und entwickelt sie zusammen mit Rambus weiter. In dem SiSR659-Chipsatz setzt SiS auf PC1200-Speichermodule und die Quad-Channel-Speicher-Interface-Technologie auf Basis von RDRAM.
Die Entwicklung neuer Speichertechnologien geht bereits weit über 2007 hinaus. Schon jetzt sickern die ersten technischen Eckdaten des JEDEC-Gremiums für DDR3, den Nachfolger von DDR2, durch. Darüber hinaus stellen Intel mit Fully-Buffered-DIMM und Rambus mit XDR-DRAM neue zukünftige Speichertechnologien vor.
Marktentwicklung der Speichertechnologien
Die DDR333- und DDR400-Speichertechnologien haben sich auf dem Markt etabliert. Jeder Chipsatzhersteller bietet mittlerweile ein vielfältiges Portfolio an Chipsätzen an, die beide Speichertypen unterstützen. Die Preise differieren zum Beispiel für 512-MByte-Module um einstellige Euro-Beträge für das billigere DDR333. Noch sind die aktuellen Marktanteile von DDR333 hoch, sie werden sich aber im Laufe des Jahres deutlich zu Gunsten des schnelleren DDR400- und DDR2-Speichers entwickeln.
DDR200 spielt nur noch eine untergeordnete Rolle und PC133-Memory verliert im Laufe des Jahres 2003 gänzlich an Marktbedeutung.
Da Intel nach der aktuellen Roadmap keine weiteren Chipsätze mit RDRAM-Unterstützung entwickelt, schwindet die Marktpräsenz dieser Speichertechnologie zunehmend. Zwar hat der taiwanische Hersteller SiS den R658-Chipsatz mit PC1066-RDRAM-Support für den Pentium 4 herausgebracht, ob sich das auf den Absatz von entsprechenden Modulen entscheidend auswirkt, bleibt abzuwarten. Auch der Nachfolger SiS R659 mit Quad-Channel-RDRAM-Controller für PC1200-Module hat der Chipsatzhersteller an die entsprechenden Mainboaard-Hersteller ausgeliefert.
Die DDR2-Speichertechnologie für Rechnersysteme befindet sich zurzeit noch in der Evaluierungsphase. Erste Chipsätze mit DDR2-Support wird es dem zweiten Quarltal 2004 zum Beispiel von VIA und Intel geben. Die DDR2-Technologie soll dann rasch den DDR-SDRAM-Speicher ablösen und vom Markt verdrängen.
Status der Speichertechnologien
Als Nachfolger von DDR333-SDRAM hat sich DDR400-Speicher durchgesetzt, dessen Ablösung wiederum im Laufe des Jahres durch DDR2-SDRAM beginnt. Chiphersteller wie Intel, VIA, SiS und Nvidia (http://www.nvidia.de) bieten ab dem zweiten Quartal 2004 entsprechende Chipsätze für diese Speichertechnologie an. Die Standards für DDR333-SDRAM verabschiedete das JEDEC-Gremium in den JESD-79-Spezifikationen im Mai 2002. Die Geburtswehen von DDR400 begannen mit der CeBIT 2002, auf der VIA und SiS die ersten Chipsätze für diesen Speichertyp zeigten.
Erster Anbieter von DDR400-SDRAM-Chips war Samsung. Doch für die ersten Speichermodule existierten keine offiziellen Spezifikationen seitens der JEDEC, so dass jeder Speicherhersteller seine eigenen technischen Standards für DDR400-Speicher festlegte. Kompatibilitätsprobleme konnten nicht ausgeschlossen werden.
Nachdem sich Intel im September 2002 noch klar gegen DDR400-Speicher ausgesprochen hat, vollzog das Unternehmen im Frühjahr 2003 eine Kehrtwende: Die Chipsätze Canterwood und Springdale bieten Dual-Channel-DDR400-Support. Intel präsentierte sogar eigene DDR400-Spezifikationen, die Kompatibilität und ein sicheres Funktionieren des Speichers gewährleisten sollen. Die Intel-Spezifikation Revision 0.996 war beispielsweise auf den 12. März 2003 datiert. Seit Ende März 2003 liegt die finale DDR400-Spezifikationen des JEDEC-Gremiums vor. Zu den Neuerungen von DDR400- gegenüber DDR333-Speicher zählen ein strafferes Signal-Timing, veränderte Betriebsspannungs-Parameter und eine verbesserte Signalqualität auf den Leitungen.
Bei RDRAM löste PC1066-Speicher erfolgreich den PC800- Speicher ab. Auch RDRAM-1200-Module sind erhältlich - aber selten und zu sehr hohen Preisen. Der einzige Chipsatz, der diese Speichertechnologien zurzeit einsetzt, ist der SiS R658/9. Intel plant keine weiteren Chipsätze mit RDRAM-Support, so dass SiS künftig als einziger Chiphersteller RDRAM im Desktop-, Server- und Workstation-Bereich unterstützt.
DDR2 auf der Überholspur
Bei der DDR2-Speichertechnologie handelt es sich um eine Weiterentwicklung des aktuellen DDR-SDRAM-Standards. Zu Beginn sind DDR2-400-, DDR2-533- und DDR2-667-Speichermodule geplant. Sie erreichen eine theoretische Speicherbandbreite von 2,98, 3,97 und 4,97 GByte/s.
DDR2 überträgt Daten unverändert zu DDR-SDRAM mit steigender und fallender Taktflanke. Mit dem 4-Bit-Prefetch erreichen die DDR2-Module gegenüber den herkömmlichen DDR-Speichern bei gleicher interner Taktfrequenz die doppelte externe Bandbreite. So haben DDR400 und DDR2-400 mit 2,98 GByte/s die gleiche Speicherbandbreite, allerdings arbeitet DDR400 mit einer Core-Frequenz von 200 MHz und DDR2-400 nur mit 100 MHz. Die externe Busfrequenz beträgt bei beiden Speichertypen 200 MHz.
DDR2-Speicherchips benötigen eine Spannung von 1,8 V, statt 2,5/2,6 V bei DDR. Da die Core-Spannung quadratisch in die Leistungsaufnahme eingeht, halbiert sich der Energieverbrauch von DDR2- gegenüber DDR-Speicher.
Die Signalqualität auf den Datenleitungen von DDR2-Bausteinen soll sich durch eine On-Die-Terminierung gegenüber DDR-Chips verbessern. Das garantiert eine erhöhte Stabilität während des Betriebs. Zusätzlich verwendet DDR2 die "Off Chip Driver Calibration" (OCD). Diese Technik gewährleistet, dass die Treiberschaltungen der Speicherzellen Lastschwankungen dynamisch aus- gleichen und somit Signalfehler vermieden werden. Darüber hinaus steigert die Posted-CAS-Funktion - eine Befehlssteuermethode - die Effizienz bei der Übertragung von Daten über den Speicherbus.
Alle namhaften Chipsatzhersteller haben bereits auf der Cebit 2004 ihre DDR2-Chipsätze gezeigt. VIAs Entwicklung heißt Apollo PT890 und ist mit einem Dual-Channel-DDR2-Controller ausgestattet, ebenso wie der SiS656 von SiS. Intel führt den DDR2-Chipsatz für Desktop-Anwendungen unter dem Codenamen "Grantsdale" und "Alderwood". Für zukünftige Server-Systeme heißen die Pendants "Lindenhurst", "Tumwater" und "Twin Castle". Auch für mobile Rechner entwickelt Intel unter dem Codenamen "Alviso" einen DDR2-Chipsatz.
RDRAM auf dem Abstellgleis?
Neben Intel verfügt auch SiS über die Lizenz der Rambus-Speicher-Technologie. Schenkt man der Intel-Roadmap Glauben, gibt es außer dem 850E keinen weiteren Chipsatz mit RDRAM-Unterstützung von Intel. Diesen Zustand nutzt der taiwanische Chipsatzhersteller SiS aus. Ende 2002 stellte das Unternehmen den R658-Chipsatz mit Dual-Channel-Speicher-Interface und PC1066-RDRAM-Support vor. Im November 2003 folgte der R659 mit Quad-Channel-Speicherarchitektur und PC1200-RDRAM-Unterstützung.
Chipsätze wie Intel 850E und SiS R658 mit Dual-Channel-Speicherbus erreichen mit PC1066-RDRAM eine Bandbreite von 3,97 GByte/s. Das neue Quad-Channel-Speicher-Interface des SiS R659 bietet mit 1200-MHz-RDRAMs eine Bandbreite von 8,94 GByte/s. Dies schafft genügend Performance-Reserven für den Pentium 4 mit 800 MHz FSB. Der Prozessorbus kommt bei FSB800 auf eine theoretische Bandbreite von 5,96 GByte/s.
Ein Blick in die Roadmap namhafter Speicherhersteller offenbart, dass RDRAM auch ohne Intel weiterentwickelt wird. So soll es 2004 64-Bit-RDRAM-Module mit PC1200- und PC1333-Chips geben. Sie erreichen mit 4x 16-Bit-Busbreite (Quad-Channel) eine maximale Bandbreite von 8,94 beziehungsweise 9,93 GByte/s. Mainboard-Hersteller könnten diese Speichermodule ideal mit dem Quad-Channel-Speicher-Interface des SIS-R659-Chipsatzes kombinieren. Weitere Entwicklungen wie PC1600-RDRAM mit einer Bandbreite von 11,92 GByte/s (Quad-Channel) planen die Unternehmen für 2004/2005.
Quad-Band-Memory- Technologie vor dem "Aus"
Die Quad-Band-Memory-Technologie wurde von Kentron bereits im März 2000 vorgestellt. Außer bei wenigen SRAM-Implementierungen kam QBM bislang kaum zum Einsatz. Durch die Lizenzierung von VIA und S3 Graphics sollte QBM auch in den PCs Einzug halten. QBM-Module sind als DDR533 und DDR667 geplant.
Erste Mainboards (PT880-Chipsatz) mit QBM-Unterstützung wollte VIA bereits 2003 ausliefern. Durch enorme technische Probleme verschob der Hersteller die Einführung von QBM auf unbestimmte Zeit. So bleibt es zweifelhaft, ob VIA überhaupt mit QBM-Produkten an den Start geht, da die DDR2-Technologie bereits ihre Einführung feiert. Allerdings erwartet VIA die Hauptnachfrage nach DDR2 erst Ende 2004 und wollte mit QBM die Lücke bis dahin schließen.
Die QBM-Module bestehen im Prinzip aus zwei zusammengesetzten DDR-Modulen. Bei einem DDR667-QBM-Modul arbeitet die eine Speicherbank mit dem normalen 333-MHz-DDR-Speichertakt eines DDR333-SDRAMs, die andere mit einem um 90 Grad verschobenen. So liefern beide Teilmodule zeitlich versetzt ihre Daten mit 333 MHz - jeweils mit steigender und fallender Flanke.
Die Ausgänge der Teilmodule werden über einen schnellen Schalter gemultiplext und so mit effektiv 667 MHz auf den Datenbus gelegt. Die Datenbreite von DDR-SDRAM mit 64 Bit wird bei QBM beibe- halten. Auf diese Weise gelingt es, die Datenrate von DDR333-SDRAM auf 667 MHz zu verdoppeln. Ein DDR667-QBM-Modul bietet somit eine Bandbreite von 5,3 GByte/s (1000er Basis) - bei gleichem Takt wie DDR333-SDRAM.
Laut VIA sind QBM-Module kompatibel zum existierenden 184 Pin breiten DDR-SDRAM-Interface. Mainboards für QBM benötigen kein neues Layout oder eine teure Anpassung und sollen abwärtskompatibel zu DDR-SDRAM sein. Hersteller von QBM-Speicher müssen keine Lizenzgebühren zahlen.
DDR3 - Speicher der Zukunft
Die JEDEC arbeitet bereits seit Mitte 2002 an der zukünftigen DDR3-SDRAM-Speichertechnologie. Die detaillierten technischen Eckdaten für DDR3 stehen noch nicht fest. Denn bei einer Gesamtlösung wie der DDR3-Technologie gilt es, Speicherchips, Module, Register und Puffer neu zu spezifizieren.
Allerdings gab das JEDEC- Gremium einige Einzelheiten zu DDR3 preis. So sollen die ersten DDR3-SDRAM-Chips mit einer Transferrate von 800 Mbits/s an den Start gehen. Die nachfolgenden DDR3-Bausteine sollen einen Datendurchsatz von bis zu 1,5 Gbits/s erreichen. Um eine niedrige Leistungsaufnahme zu gewährleisten, arbeitet der Speicher mit einer Spannung von 1,5 oder 1,2 V. Dagegen benötigt DDR2 1,8 V und DDR400 2,6 V. Wie schon DDR- und DDR2-Speicher soll DDR3 vom Desktop bis zum Server alle Einsatzbereiche abdecken. Finale JEDEC-Spezifikationen des DDR3-Standards werden Ende 2005 erwartet. Die Massenfertigung soll dann 2007 erfolgen.
Die Unternehmen Samsung (http://www.samsung.de), Infineon (http://www.infineon.de) und Micron (http://www.micron.com) zählen zu den Vorreitern der DDR3-Speichertechnologie.
FB-DIMM
Unter dem Namen FB-DIMM verbirgt sich die Bezeichnung "Fully Buffered DIMM". FB-DIMM repräsentiert eine neue Speichermodul-Technologie. Sie soll ausschließlich im Server-Umfeld sicherstellen, dass trotz steigender Memory-Taktfrequenz der maximale Speicherausbau eines Systems nicht verringert werden muss, sondern sogar erhöht werden kann. Der Initiator Intel will 2005 mit dieser neuen Generation von Speichermodulen auf den Markt kommen. Die Massenproduktion wird nicht vor Mitte des Jahres 2006 erwartet.
Das FB-DIMM unterstützt DDR2- und DDR3-Speicherbausteine. Jedes Modul besitzt neben den Speicherchips einen speziellen so genannten Hub-Buffer-Baustein. Dieser Buffer-Chip stellt über 24 differentielle Leitungspaare eine Verbindung zum Memory Controller her. Über diesen Bus und den Treiberchip gelangen Steuerinformationen und Daten vom Speicher-Controller zu den Speichermodulen und umgekehrt. So entlasten FB-DIMMs ähnlich wie Registered-DIMMs die Adress- und Steuerleitungen durch einen dazwischengeschalteten Treiberbaustein.
Maximal adressiert die FB-DIMM-Technologie 288 Devices pro Speicherkanal. Demgegenüber begnügt sich das herkömmliche Verfahren mit 72. Vorteil: FB-DIMMs benötigen weniger Speicherkanäle für einen entsprechenden Speicherausbau als das aktuelle Verfahren mit Standard-DIMMs.
Weitere Pluspunkte bietet FB-DIMM mit simultanen Schreib- und Leseoperationen, so dass die verfügbare effektive Bandbreite pro Speicherkanal steigt. Zusätzlich bleiben der DIMM-Form-Faktor erhalten und die Anzahl der Pins gleich, allerdings mit einem veränderten Pinout.
Mehr detaillierte Informationen zur FB-DIMM-Technologie erhalten Sie in dem Artikel: FB-DIMM: Revolutionärer Speicher für Server.
XDR-DRAM I
Angelehnt an die RDRAM-Technologie stellte Rambus im Sep- tember 2003 mit XDR-RAM eine neue Speichergeneration vor. Als Grundlage für das XDR-DRAM nutzt Rambus das unter dem Namen Yellowstone entwickelte Speicher-Interface. Zu den ersten Lizenznehmern gehören Elpida, Samsung und Toshiba. Sie wollen XDR-Speicher bereits 2004 in Samples ausliefern und 2005 in Massenproduktion gehen. Als Basistechnologie kommt XDR-DRAM voraussichtlich in Sonys Playstation 3 erstmals zum Einsatz. In PCs soll der neue Speicher im Jahr 2006 Einzug halten. Aber auch in Servern, mobilen Systemen und Netzwerkbereichen soll XDR-DRAM Verwendung finden. Die Weichen für die Einführung der neuen Speichertechnologie hat Rambus schon gestellt, denn erste Spezifikationen und Dokumentationen sind bereits vorhanden.
XDR-DRAM-Chips soll es mit einer variablen Datenbusbreite von 1 bis 32 Bit geben. Die Taktfrequenz beträgt dabei 3,2 GHz und lässt sich auf bis zu 6,4 GHz skalieren. So erlaubt zum Beispiel ein 16 Bit breites XDR-DRAM Bandbreiten von 6,4 bis 12,8 GByte/s. Kernstück der XDR-Technologie ist der octal-pumped betriebene Datenbus. Bei einer realen Taktfrequenz von 400 bis 800 MHz werden pro Taktzyklus acht Bits mit der steigenden und fallenden Flanke übertragen. Dadurch ergeben sich die effektiven Transferfrequenzen von 3,2 bis 6,4 GHz. Aktuelles PC1066-RDRAM arbeitet mit einer Taktung von 533 MHz - durch Ausnutzung beider Flanken mit effektiven 1066 MHz.
XDR-DRAM II
Neu ist auch die Flex-Phase-Technologie. Im Gegensatz zur traditionellen seriellen synchronen Leitungstechnik benötigt Flex Phase keine zusätzlichen Taktgeberleitungen. Datenfluss und Takt werden auf den differenziellen Leitungspaaren automatisch aufeinander abgestimmt. Das verringert Latenzzeiten und erhöht die nutzbare Bandbreite. Durch das Differenzialsignal werden zwei Leitungen statt bislang eine pro Signal benötigt.
Zusätzliche Vorteile der XDR-DRAMs sind die Differential Rambus Signaling Levels (DRSL). DRSLs arbeiten mit einem extrem niedrigen Signal-Hub von 200 mV. Die Signalpegel liegen bei einer Spannung von 1,0 und 1,2 V. Außerdem hat Rambus die bidirektional arbeitende Terminierung mit DRSL auf den Chip verlagert. Darüber hinaus ermöglicht XDR-DRAM durch die interne Organisation des Speichers gleichzeitige und voneinander unabhängige Schreibzugriffe. So können zum Beispiel auf die ungeraden Speicherbänke (Odd BankSet) Schreibzugriffe erfolgen, und zeitgleich lassen sich aus den geraden Speicherbänken (Even BankSet) Informationen auslesen.
Speichermodule mit XDR-DRAM bezeichnet Rambus als XDIMMs. Die ersten Module sollen 2006 eine Bandbreite von 12,8 bis 25,6 GByte/s bieten. XDIMMs besitzen den gleichen Formfaktor und die gleiche Pinanzahl wie DDR2-Module. Die Roadmap von Rambus sieht in den folgenden Jahren XDIMMs mit 128 Bit Datenbreite und 6,4 GHz Taktfrequenz vor. Diese Module bieten dann eine Bandbreite von mehr als 100 GByte/s.
GLOSSAR
DDR
Double Data Rate. Durch Übertragung mit der fallenden und steigenden Taktflanke ergibt sich die doppelte Transferrate im Vergleich zur Standardtechnik mit nur einer Flanke.
RDRAM
Rambus Dynamic Random Access Memory: Speichertechnologie der Firma Rambus mit neuartiger Busstruktur. RDRAM kann durch sein spezielles Design mit Frequenzen bis zu 400 MHz getaktet werden.
JEDEC
Joint Electron Device Engineering Council: Komitee zur Normierung von Halbleitertechniken. Momentan besteht die JEDEC aus ungefähr 300 Mitgliedsfirmen.
PC133
Spezifikation von VIA für SDRAM-Module mit 133 MHz Speichertakt. Basiert auf den PC100-Vorschriften von Intel.
DDR-SDRAM
Double Data Rate SDRAM: Verdoppelt die Bandbreite durch Nutzung beider Taktflanken für die Datenübertragung.
Core
Prozessorkern. Als Core bezeichnete man ursprünglich den eigentlichen CPU-Block ohne Caches. Nachdem der L1- und zunehmend auch der L2-Cache auf das Die wandern, wird die Bezeichnung Core auch für die gesamte Technik auf dem Siliziumplättchen verwendet.
Die
Das Siliziumplättchen, aus dem die Halbleiterkomponente besteht.
CAS
Column Address Strobe: Signal zur Speicheransteuerung. Zeigt dem DRAM die Gültigkeit einer anliegenden Spaltenadresse an.
Rambus
Auf Channels basierende Speicherarchitektur. Ein Rambus-Channel besteht aus Controller, Speicher und Bus. Die Busbreite beträgt 16 Bit (18 mit ECC), der Bustakt bis zu 800 MHz unter Nutzung beider Flanken.
FSB
Front Side Bus. Der eigentliche Systembus auf dem Mainboard, der früher auch den Speicherbus beinhaltete. Mittlerweile wird der Begriff FSB nur noch für die Verbindung zwischen Prozessorsockel und Northbridge des Chipsets verwendet.
Register
Speicherbereich mit fest zugewiesener Adresse, dem eine bestimmte Funktion zugeordnet ist.
DIMM
Dual Inline Memory Modul: Speichermodul mit Kontakt- flächen auf beiden Seiten der Platine, die elektrisch getrennt sind. Die 168-poligen DIMMs haben eine Datenbreite von 64 Bit.
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