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 erreicht bei gleicher interner Taktfrequenz die doppelte Bandbreite und einen geringeren Energieverbrauch gegenüber dem herkömmlichen DDR-Memory.
Der Chipsatzhersteller VIA setzt auf die neue DDR2-Speichergeneration. Aber bis zu de-ren Einführung favorisiert dastaiwanische Unternehmen die Quad-Band-Memory-Technologie (QBM). Durch einen technischen Trick verdoppelt sich die Bandbreite der Speichermodule, 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 den zukünftigen Chipsätzen will SiS PC1200-Speichermodule und die Quad-Channel-Speicher-Interface-Technologie auf Basis von RDRAM einsetzen.
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.
Marktentwicklung aktueller Speichertechnologien
Die DDR266- und DDR333-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-MB-Module um einstellige Euro-Beträge für das billigere DDR266. Noch sind die aktuellen Marktanteile von DDR266 und DDR333 ausbalanciert, sie werden sich aber im Laufe des Jahres deutlich zu Gunsten des schnelleren DDR333-Speichers entwickeln. DDR400-SDRAM ist seit Anfang 2003 ebenfalls stetiges Wachstum beschert.
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.
Die DDR2-Speichertechnologie für Rechnersysteme befindet sich zurzeit noch in der Entwicklungsphase. Erste Chipsätze mit DDR2-Support soll es ab dem dritten Quartal 2003 zum Beispiel von VIA (Apollo PT800) geben. Die DDR2-Technologie soll dann rasch den DDR-SDRAM-Speicher ablösen und vom Markt verdrängen.
Status aktueller Speichertechnologien
Als Nachfolger von DDR266-SDRAM hat sich DDR333-Speicher durchgesetzt, der wiederum von DDR400-SDRAM abgelöst wird. Chiphersteller wie Intel, VIA, SiS und Nvidia bieten 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 und die ersten Chipsätze für diesen Speichertyp zeigten. Erster Anbieter von DDR400-SDRAM-Chips war. 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 waren nicht auszuschließen.
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 wesentlichen Neuerungen von DDR400- gegenüber DDR333-Speicher zählen ein strafferes Signal-Timing, veränderte Betriebsspannungs-Parameter und eine verbesserte Signalqualität auf den Leitungen.
An der RDRAM-Front löste PC1066-Speicher erfolgreich den PC800-Speicher ab. Die einzigen Chipsätze, die diese Speichertechnologien zurzeit einsetzen, sind der 850E von Intel und der SiS R658. Allerdings plant Intel keine weiteren Chipsätze mit RDRAM-Support, so dass SiS künftig als einziger Chiphersteller RDRAM im Desktop-, Server- und Workstation-Bereich unterstützt. So zeigt die Roadmap von SiS den R659-RDRAM-Chipsatz für PC1200-Module. Erste RDRAM-1200-Module sind schon erhältlich.
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 GB/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 GB/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 ausgleichen und somit Signalfehler vermieden werden. Darüber hinaus steigert die Posted-CAS-Funktion - eine Befehlssteuermethode - die Effizienz bei der Übertragung von Daten über den Speicherbus.
Erste Samples von DDR2-Modulen gibt es bereits, mit der Massenproduktion ist aber erst Anfang 2004 zu rechnen. Die finalen Spezifikationen für DDR2-Speicher sollen der Jedec laut Intel bis Ende 2003 vorliegen. Intel plant, die ersten DDR2-Chipsätze im zweiten Halbjahr 2004 vorzustellen. VIA will bereits Ende 2003 vorpreschen. Der VIA Apollo PT800 soll mit einem Dual Channel DDR2-Controller ausgestattet sein und Pentium4-Prozessoren mit einem FSB von 800 MHz unterstützen. Intel führt den DDR2-Chipsatzfür Desktop-Anwendungen unter dem Code-Namen "Grantsdale". Für Serversysteme heißt das Pendant "Lindenhurst". Auch für mobile Rechner entwickelt Intel unter dem Code-Namen "Alviso" einen DDR2-Chipsatz.
RDRAM auf dem Abstellgleis?
Neben Intel verfügt mittlerweile auch SiS über die Lizenzder Rambus-Speicher-Technologie. Schenkt man der Intel-Roadmap Glauben, gibt es außer dem 850E keinen weiteren Chipsatz mit RDRAM-Unterstützung von Intel. Diesen Zustand nutzte der taiwanische Chipsatzhersteller SiS aus. Ende 2002 stellte das Unternehmen den R658-Chipsatz mit Dual-Channel-Speicher-Interface und PC1066-RDRAM-Support vor. Im dritten Quartal 2003 will SiS erste Samples des Nachfolger R659mit Quad-Channel-Speicherarchitektur und PC1200-RDRAM-Unterstützung liefern.
Chipsätze wie Intel 850E und SiS R658 mit Dual-Channel-Speicherbus erreichen mit PC1066-RDRAM eine Bandbreite von 3,97 GB/s. Das neue Quad-Channel-Speicher-Interface des SiS R659 bietet mit 1.200-MHz-RDRAMs eine Bandbreite von 8,94 GB/s. Dies schafft genügend Performance-Reserven für den Pentium4 mit 800 MHz FSB. Der Prozessorbus kommt bei FSB800 auf eine theoretische Bandbreite von 5,96 Gigabyte pro Sekunde.
Ein Blick in die Roadmap namhafter Speicherhersteller offenbart, dass RDRAM auch ohne Intel weiterentwickelt wird. So soll es noch 2003 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 GB/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 GB/s (Quad-Channel) planen die Unternehmen für 2004/2005.
Quad-Band-Memory-Technologie
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 soll QBM nun in den PCs Einzug halten. QBM-Module sollen als DDR533 und DDR667 auf den Markt kommen.
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 beibehalten. 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 GB/s (1.000er Basis) - bei gleichem Takt wie DDR333-SDRAM.
VIA erwartet die Nachfrage nach DDR2 erst 2004/2005 und will mit QBM die Lücke bis dahin schließen. Laut VIA sind QBM-Module kompatibel zum existierenden 184 Pin breiten DDR-SDRAM-Interface. Mainboards für QBM benötigen kein neues Lay-out oder eine teure Anpassung und sollen abwärtskompatibel zu DDR-SDRAM sein. Hersteller von QBM-Speicher müssen keine Lizenzgebühren zahlen.
Mainboards mit QBM sind zudem kostengünstiger realisierbar als Dual-Channel-DDR-SDRAM-Lösungen, die ein neues Mainboard-Design benötigen. Erste Mainboards mit QBM-Unterstützung sollen noch 2003 ausgeliefert werden.
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 1,2 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. Samsung, Infineon und Micron zählen zu den Vorreitern der DDR3-Speichertechnologie.
Fazit
Noch buhlen DDR266- und DDR333-Speicher um die Gunst der Käufer. Doch bereits seit Anfang 2003 drängt DDR400 auf den hart umkämpften Speichermarkt. DDR400 verfügt zusammen mit einem Dual Channel Memory- Controller über genügend Speicherbandbreite, um auch CPUs mit einem FSB von 800 MHz ohne Engpässe mit Daten zu versorgen.
Auf Drängen von Intel wurden die Jedec-Spezifikationen für DDR400 im März 2003 zügig verabschiedet. Mit DDR2 entwickeln die Speicherhersteller die Nachfolgetechnologie von DDR-SDRAM. Erste Spezifikationen sind schon definiert. Eine endgültige Verabschiedung wird nicht vor Ende 2003 erwartet. Um die Zeit bis zur Einführung von DDR2-Speicher zu überbrücken, setzt VIA auf die Quad-Band-Memory-Technologie. Diese soll noch 2003 im Pentium-4-Chipsatz PT600 zum Einsatz kommen. Branchenkenner munkeln, dass VIA den ersten QBM-Chipsatz schon zur Computex im September vorstellen möchte.
Auch SiS erhöht die Bandbreite auf dem Speicherbus. Ende 2003 will das Unternehmen den ersten Chipsatz mit integriertem Quad Channel Memory Controller auf RDRAM-Basis vorstellen.
Obwohl sich Intel als der Hauptbefürworter der Rambus-Technologie davon verabschiedet hat, halten immer noch Chipsatz- und Speicherhersteller an RDRAM fest. So stellte etwa der taiwanische Chipsatzhersteller SiS jüngst RDRAM-Chipsätze vor.
Bernhard Haluschak
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Glossar
CAS
Column Address Strobe: Signal zur Speicheransteuerung. Zeigt dem DRAM die Gültigkeit einer anliegenden Spaltenadresse an.
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.
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.
DDR-SDRAM
Double Data Rate SDRAM: Verdoppelt die Bandbreite durch Nutzung beider Taktflanken für die Datenübertragung
Die
Das Siliziumplättchen, aus dem die Halbleiterkomponente besteht.
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.
Jedec
Joint Electron Device Engineering Council: Komitee zur Normierung von Halbleitertechniken. Momentan besteht das Jedec aus ungefähr 300 Mitgliedsfirmen.
PC133
Spezifikation von VIA für SDRAM-Module mit 133 MHz Speichertakt. Basiert auf den PC100-Vorschriften von Intel.
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.
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.
Register
Speicherbereich mit fest zugewiesener Adresse, dem eine bestimmte Funktion zugeordnet ist.
Roadmap
engl. "Straßenkarte". Bezeichnet meist die langfristige Produktplanung von Hardwareherstellern, wie sie an deren Kunden übermittelt wird. In den vertraulichen Roadmaps sind Produktinformationen, Preise und Trends über Monate im Voraus projektiert. Die in Roadmaps enhaltenen Pläne ändern sich jedoch häufig aufgrund wirtschaftlicher Entwicklungen.