Оптимизация пространства с DDR-памятью

С каждым шаговым изменением в количестве ядер микропроцессора, интегрированных в один-единственный чип, конструкторам требуется найти место для дополнительной памяти, необходимой для обеспечения возрастающих уровней мощности.

В потребительском секторе, это значит, что требуется достаточно памяти, чтобы поддерживать производительность двухъядерных процессоров. Для производства необходимо поддерживать процессоры, число ядер которых достигает двенадцати. В то время как появляется все больше применений, интенсивно использующих память, таких как сервис-провайдеры и дата-центры, растущий спрос на мультиканальный, гигабитный Ethernet и такой дополнительный функционал, как антивирусное сканирование и веб-блокинг, доводит среднее количество ядер на один процессор до 32 и более.

Облачные вычисления, виртуализация серверов и хай-энд медицинская визуализация также движутся к мультиядерным прцоессам. Коммерческое давление также имеет свое воздействие, требуя, чтобы физический размер цельной системы и отдельных плат внутри системы был как можно меньшим, чтобы максимизировать ценность площадей, которые они занимают. Все это бросает конструкторам двойной вызов: они должны предоставить большую плотность элементов памяти, уменьшив при этом плату памяти.

На пути к DDR3

К примеру, семейство процессоров Cavium CN68xx содержит от 8 до 32 ядер, предоставляя увеличение производительности от 2х до 5ти раз по сравнению с процессорами предыдущего поколения. Каждый из четырех каналов памяти внутри процессора CN68xxх поддерживают два ряда DIMM, следовательно на процессор приходится восемь DIMM, как видно на рисунке 1.

Используя существующую память DDR2 в стандартном DIMM форм-параметре, эта конфигурация предоставляет в целом 8Гб памяти на один контроллер, и максимальную скорость передачи данных 8533 Мб/сек. Перейдя к памяти DDR3 нового поколения, та же плата может предоставить 32Гб памяти на каждый канал, увеличивая общий объем до 128Гб на процессор с максимальной скоростью передачи данных 17066 Мб/сек.

В целом, DDR3 превосходит DDR2 по таким параметрам, как скорость передачи данных и частота шины, в два раза, достигая при этом меньшую передаваемую мощность на чип, чем DDR2. DDR2 поддерживает скорость передачи данных от 400 до 1066 МТ/сек, с пиковой скоростью от 3200 до 8533 Мб/сек, в то время как DDR3 удваивает их, достигая в скорости до 2133 МТ/сек с пиковыми скоростями от 6400 до 17066 Мб/сек.

Частота также удваивается – частота шины ввода/вывода DDR2 – от 200 до 800 мГц, у DDR3 же – от 400 до 1600 мГц. DDR3 также уничтожает всякие компромиссы между производительностью и энергопотреблением на операцию 1,5В на чип, по сравнению с 1,8В на чип, требуемому DDR2.

Варианты монтажа и размещения

Чтобы подвинуть границы плотности элементов памяти еще дальше, использование DDR3 может быть совмещено с новыми компактными модулями, а также креативными конфигурациями монтажа и размещения. Новый модуль памяти Swissbit XR-DIMM DDR3 позволяет большую плотность, достигая емкости от 1Гб до 8Гб в устройстве размером 38мм х 67,5мм. XR-DIMM поддерживает DDR3-1600 / EP3-12800 и предоставляет обнаружение ошибок и коррекцию, используя Код Коррекции Ошибок (ECC). 8Гб версия запланирована на третий квартал 2012 года. Совместимость с распиновкой DDR3 72b SO-DIMM и SPD-схемой позволяет использовать этот компактный модуль для легкого апгрейда до SODIMM – даже в производственных и военных применениях. Для достижения высокой производительности наиважнейшим становится соотношение сигнал/земля. 244-пиновые мини-DIMM или 240-пиновые XR-DIMM имеют улучшенные пины мощность/земля по сравнению с 204-пиновыми SODIMM.

Креативные варианты размещения XR-DIMM, а также других форм-факторов, как Mini-DIMM и R-DIMM, также могут помочь конструкторам перенести скорость передачи данных на абсолютно новый уровень. XR-DIMM может быть установлен параллельно на мезонинной плате над памятью на основной плате. Расположенные под наклоном сокеты могут также помочь оптимизировать пространство платы, уменьшив высоту платы, позволяя поместить большее количество плат в каждую стойку. Используя позицию TE Connectivity DDR3 204, наклоненные вправо сокеты SO-DIMM позволяют достичь высоты ПП от 4,0 до 10,0 мм с целью увеличения гибкости размещения компонентов ПП. Подобный сокет 240-пиновой Mini-DIMM имеет высоту 9,79мм, обеспечивая максимальную высоту посадки 6,29мм. Высокая частота также означает, что конструкция платы становится все более сложной, а схема ПП – все более вызывающей.

Важно разместить память как можно ближе к процессору и сбалансировать расстояние между чипами, чтобы достигнуть правильной выдержки.

Игры памяти

На настоящий момент, хай-энд плотность элементов памяти данных означает использование DIMM2 в формате Mini-RDIMM: чтобы повысить скорость до уровня, требуемого для работы мульти-ядерного процессора необходимо использовать DDR3 для повышения ёмкости DDR3 памяти до 128Гб на процессор. Однако, несмотря на такие явные преимущества, как ёмкость, скорость и энергопотребление, DDR3 могут подойти не для каждого применения. Внимательный анализ всех технологий памяти, вариантов монтажа и размещения, а также совет и поддержка по вопросам схем от специалистов Acal BFi, могут помочь конструкторам оптимизировать доступное пространство платы для достижения значительных улучшений в плотности элементов памяти, необходимой мульти-ядерным процессорам.