DDR3-SDRAM – Wikipedia

Dritte Generation des synchronen dynamischen Direktzugriffsspeichers mit doppelter Datenrate

DDR3-SDRAM
Double Data Rate 3 Synchroner dynamischer Direktzugriffsspeicher

4 GB PC3-12800 ECC DDR3-DIMM
Entwickler	JEDEC
Typ	Synchroner dynamischer Direktzugriffsspeicher (SDRAM)
Generation	3. Generation
Veröffentlichungsdatum	2007 (2007)
Normen	DDR3-800 (PC3-6400) DDR3-1066 (PC3-8500) DDR3-1333 (PC3-10600) DDR3-1600 (PC3-12800) DDR3-1866 (PC3-14900) DDR3-2133 (PC3-17000)
Taktfrequenz	400–1066 MHz
Stromspannung	Referenz 1,5 V
Vorgänger	DDR2-SDRAM (2003)
Nachfolger	DDR4-SDRAM (2014)

Double Data Rate 3 Synchroner dynamischer Direktzugriffsspeicher (DDR3-SDRAM) ist eine Art synchroner dynamischer Direktzugriffsspeicher (SDRAM) mit einer Schnittstelle mit hoher Bandbreite (“Double Data Rate”) und wird seit 2007 verwendet. Es ist der schnellere Nachfolger von DDR und DDR2 und Vorgänger von DDR4 synchrone dynamische Speicherchips mit wahlfreiem Zugriff (SDRAM). DDR3-SDRAM ist aufgrund unterschiedlicher Signalspannungen, Timings und anderer Faktoren weder vorwärts- noch rückwärtskompatibel mit einem früheren Typ von Direktzugriffsspeicher (RAM).

DDR3 ist eine DRAM-Schnittstellenspezifikation. Die tatsächlichen DRAM-Arrays, die die Daten speichern, ähneln früheren Typen mit ähnlicher Leistung. Der Hauptvorteil von DDR3-SDRAM gegenüber seinem unmittelbaren Vorgänger, DDR2-SDRAM, ist seine Fähigkeit, Daten mit doppelter Geschwindigkeit (achtmal schneller als seine internen Speicher-Arrays) zu übertragen, was eine höhere Bandbreite oder Spitzendatenraten ermöglicht.

Der DDR3-Standard erlaubt DRAM-Chip-Kapazitäten von bis zu 8 Gigabit (Gbit) und bis zu vier Ranks zu je 64 Bit für insgesamt maximal 16 Gigabyte (GB) pro DDR3-DIMM. Aufgrund einer Hardwarebeschränkung, die erst bei Ivy Bridge-E im Jahr 2013 behoben wurde, unterstützen die meisten älteren Intel-CPUs nur bis zu 4-Gbit-Chips für 8-GB-DIMMs (Intels Core 2 DDR3-Chipsätze unterstützen nur bis zu 2 Gbit). Alle AMD-CPUs unterstützen korrekt die vollständige Spezifikation für 16-GB-DDR3-DIMMs.^[1]

Geschichte[edit]

Im Februar 2005 stellte Samsung den ersten Prototyp eines DDR3-Speicherchips vor. Samsung spielte eine wichtige Rolle bei der Entwicklung und Standardisierung von DDR3.^[2][3] Im Mai 2005 erklärte Desi Rhoden, Vorsitzender des JEDEC-Komitees, dass DDR3 seit “ungefähr 3 Jahren” in der Entwicklung sei.^[4]

DDR3 wurde 2007 offiziell eingeführt, aber laut Intel-Stratege Carlos Weissenberg, der zu Beginn der Einführung im August 2008 sprach, wurde nicht erwartet, dass die Verkäufe DDR2 bis Ende 2009 oder möglicherweise Anfang 2010 überholen werden.^[5] (Derselbe Zeitrahmen für die Marktdurchdringung wurde vom Marktforschungsunternehmen DRAMeXchange über ein Jahr zuvor im April 2007 angegeben,^[6] und 2005 von Desi Rhoden.^[4]) Die Hauptantriebskraft hinter dem verstärkten Einsatz von DDR3 waren neue Core i7-Prozessoren von Intel und Phenom II-Prozessoren von AMD, die beide über interne Speichercontroller verfügen: Ersteres erfordert DDR3, Letzteres empfiehlt es. IDC gab im Januar 2009 bekannt, dass die DDR3-Verkäufe 29 % der gesamten verkauften DRAM-Einheiten im Jahr 2009 ausmachen würden und bis 2011 auf 72 % steigen würden.^[7]

Nachfolger[edit]

Im September 2012, JEDEC veröffentlichte die endgültige Spezifikation von DDR4.^[8] Zu den Hauptvorteilen von DDR4 im Vergleich zu DDR3 gehören ein höherer standardisierter Bereich von Taktfrequenzen und Datenübertragungsraten^[9] und deutlich niedrigere Spannung.

Spezifikation[edit]

Überblick[edit]

Im Vergleich zu DDR2-Speicher verbraucht DDR3-Speicher weniger Strom. Einige Hersteller schlagen weiterhin vor, “Dual-Gate”-Transistoren zu verwenden, um den Leckstrom zu reduzieren.^[10]

Laut JEDEC,^{[11]: 111} 1,575 Volt sollten als absolutes Maximum angesehen werden, wenn die Speicherstabilität im Vordergrund steht, beispielsweise in Servern oder anderen geschäftskritischen Geräten. Darüber hinaus gibt JEDEC an, dass Speichermodule bis zu 1,80 Volt standhalten müssen^[a] bevor sie dauerhafte Schäden erleiden, obwohl sie auf dieser Ebene nicht richtig funktionieren müssen.^{[11]: 109}

Ein weiterer Vorteil ist der Prefetch-Puffer, der 8 Burst-tief ist. Im Gegensatz dazu ist der Prefetch-Puffer von DDR2 4 Burst-tief und der Prefetch-Puffer von DDR 2 Burst-tief. Dieser Vorteil ist eine entscheidende Technologie für die Übertragungsgeschwindigkeit von DDR3.

DDR3-Module können Daten mit einer Rate von 800–2133 MT/s übertragen, indem sie sowohl steigende als auch fallende Flanken eines 400–1066 MHz I/O-Takts verwenden. Dies entspricht der doppelten Datenübertragungsrate von DDR2 (400–1066 MT/s bei einem E/A-Takt von 200–533 MHz) und der vierfachen Rate von DDR (200–400 MT/s bei einem E/A-Takt von 100–200 MHz). . Hochleistungsgrafiken waren ein erster Treiber für solche Bandbreitenanforderungen, bei denen eine Datenübertragung mit hoher Bandbreite zwischen Framebuffern erforderlich ist.

Weil Hertz ein Maß für ist Fahrräder pro Sekunde und kein Signalzyklus häufiger als jede andere Übertragung, die Angabe der Übertragungsrate in MHz ist technisch falsch, wenn auch sehr verbreitet. Es ist auch irreführend, weil verschiedene Speicher-Timings in Einheiten von Taktzyklen angegeben werden, was der halben Geschwindigkeit von Datenübertragungen entspricht.

DDR3 verwendet den gleichen elektrischen Signalisierungsstandard wie DDR und DDR2, Stub Series Terminated Logic, jedoch mit unterschiedlichen Timings und Spannungen. DDR3 verwendet insbesondere SSTL_15.^[13]

Im Februar 2005 demonstrierte Samsung den ersten DDR3-Speicherprototyp mit einer Kapazität von 512 Mb und eine Bandbreite von 1.066 Gbit/s.^[2] Produkte in Form von Motherboards kamen im Juni 2007 auf den Markt^[14] basierend auf Intels P35 “Bearlake” Chipsatz mit DIMMs bei Bandbreiten bis DDR3-1600 (PC3-12800).^[15] Der im November 2008 veröffentlichte Intel Core i7 ist nicht über einen Chipsatz, sondern direkt mit dem Speicher verbunden. Die Core i7, i5 & i3 CPUs unterstützten zunächst nur DDR3. AMDs Sockel AM3 Phenom II X4 Prozessoren, die im Februar 2009 veröffentlicht wurden, waren die ersten, die DDR3 unterstützten (während sie DDR2 aus Gründen der Abwärtskompatibilität weiterhin unterstützen).

Dual-Inline-Speichermodule[edit]

DDR3-Dual-Inline-Speichermodule (DIMMs) haben 240 Pins und sind elektrisch nicht kompatibel mit DDR2. Eine Schlüsselkerbe, die bei DDR2- und DDR3-DIMMs unterschiedlich angeordnet ist, verhindert ein versehentliches Vertauschen. Sie sind nicht nur unterschiedlich getastet, DDR2 hat seitlich abgerundete Kerben und die DDR3-Module haben seitliche quadratische Kerben.^[16] DDR3-SO-DIMMs haben 204 Pins.^[17]

Für die Skylake-Mikroarchitektur hat Intel auch ein SO-DIMM-Paket namens UniDIMM entwickelt, das entweder DDR3- oder DDR4-Chips verwenden kann. Der integrierte Speichercontroller der CPU kann dann mit beiden arbeiten. Der Zweck von UniDIMMs besteht darin, den Übergang von DDR3 zu DDR4 zu bewältigen, bei dem Preis und Verfügbarkeit einen Wechsel des RAM-Typs wünschenswert machen. UniDIMMs haben die gleichen Abmessungen und die gleiche Anzahl von Pins wie normale DDR4 SO-DIMMs, aber die Kerbe ist anders platziert, um eine versehentliche Verwendung in einem inkompatiblen DDR4 SO-DIMM-Sockel zu vermeiden.^[18]

Latenzen[edit]

DDR3-Latenzen sind numerisch höher, da die I/O-Bus-Taktzyklen, mit denen sie gemessen werden, kürzer sind; das tatsächliche Zeitintervall ist ähnlich wie bei DDR2-Latenzen, etwa 10 ns. Da DDR3 im Allgemeinen neuere Herstellungsverfahren verwendet, gibt es einige Verbesserungen, die jedoch nicht direkt durch den Wechsel zu DDR3 verursacht werden.

CAS-Latenz (ns) = 1000 × CL (Zyklen) ÷ Taktfrequenz (MHz) = 2000 × CL (Zyklen) ÷ Übertragungsrate (MT/s)

Während die typischen Latenzen für ein JEDEC DDR2-800-Gerät 5-5-5-15 (12,5 ns) betrugen, umfassen einige Standardlatenzen für JEDEC DDR3-Geräte 7-7-7-20 für DDR3-1066 (13,125 ns) und 8- 8-8-24 für DDR3-1333 (12 ns).

Wie bei früheren Speichergenerationen wurde nach der Veröffentlichung der ersten Versionen schnellerer DDR3-Speicher verfügbar. DDR3-2000-Speicher mit 9-9-9-28-Latenz (9 ns) war pünktlich zum Intel Core i7-Release Ende 2008 verfügbar.^[19] während spätere Entwicklungen DDR3-2400 weithin verfügbar machten (mit CL 9–12 Zyklen = 7,5–10 ns) und Geschwindigkeiten bis zu DDR3-3200 verfügbar machten (mit CL 13 Zyklen = 8,125 ns).

Energieverbrauch[edit]

Der Stromverbrauch einzelner SDRAM-Chips (oder als Erweiterung DIMMs) hängt von vielen Faktoren ab, einschließlich Geschwindigkeit, Nutzungsart, Spannung usw. Dells Power Advisor berechnet, dass 4 GB ECC DDR1333 RDIMMs jeweils etwa 4 W verbrauchen.^[20] Im Gegensatz dazu wird ein moderner Mainstream-Desktop-orientierter Teil 8 GB, DDR3/1600 DIMM, mit 2,58 W bewertet, obwohl er deutlich schneller ist.^[21]

Module[edit]

Liste der Standard-DDR3-SDRAM-Module

Name			Chip		Bus			Zeiten
Standard	Typ	Modul	Taktfrequenz (MHz)	Zykluszeit (ns)[22]	Taktfrequenz (MHz)	Übertragungsrate (MT/s)	Bandbreite (MB/s)	CL-TRCD-TRP	CAS-Latenz (ns)
DDR3-800	D	PC3-6400	100	10	400	800	6400	5-5-5	12,5
	E							6-6-6	fünfzehn
DDR3-1066	E	PC3-8500	133⅓	7,5	533⅓	1066⅔	8533⅓	6-6-6	11.25
	F							7-7-7	13.125
	g							8-8-8	fünfzehn
DDR3-1333	F*	PC3-10600	166⅔	6	666⅔	1333⅓	10666⅔	7-7-7	10,5
	g							8-8-8	12
	h							9-9-9	13,5
	J*							10-10-10	fünfzehn
DDR3-1600	G*	PC3-12800	200	5	800	1600	12800	8-8-8	10
	h							9-9-9	11.25
	J							10-10-10	12,5
	K							11-11-11	13,75
DDR3-1866	DDR3-1866J* DDR3-1866K DDR3-1866L DDR3-1866M*	PC3-14900	233⅓	4.286	0933⅓	1866⅔	14933⅓	10-10-10 11-11-11 12-12-12 13-13-13	10.56 11.786 12.857 13.929
DDR3-2133	DDR3-2133K* DDR3-2133L DDR3-2133M DDR3-2133N*	PC3-17000	266⅔	3.75	1066⅔	2133⅓	17066⅔	11-11-11 12-12-12 13-13-13 14-14-14	10.313 11.25 12.188 13.125

* Optional

DDR3-xxx bezeichnet die Datenübertragungsrate und beschreibt DDR-Chips, während PC3-xxxx die theoretische Bandbreite bezeichnet (mit den letzten beiden Ziffern abgeschnitten) und verwendet wird, um zusammengebaute DIMMs zu beschreiben. Die Bandbreite wird berechnet, indem Übertragungen pro Sekunde genommen und mit acht multipliziert werden. Dies liegt daran, dass DDR3-Speichermodule Daten auf einem 64 Datenbit breiten Bus übertragen, und da ein Byte 8 Bit umfasst, entspricht dies 8 Byte Daten pro Übertragung.

Mit zwei Übertragungen pro Zyklus eines vervierfachten Taktsignals kann ein 64-Bit breites DDR3-Modul eine Übertragungsrate von bis zu 64-facher Speichertaktgeschwindigkeit erreichen. Bei einer gleichzeitigen Übertragung von 64 Bit pro Speichermodul bietet DDR3 SDRAM eine Übertragungsrate von (Speichertaktrate) × 4 (für Bustaktmultiplikator) × 2 (für Datenrate) × 64 (Anzahl der übertragenen Bits) / 8 (Anzahl der Bits in einem Byte). So erreicht DDR3 SDRAM bei einer Speichertaktfrequenz von 100 MHz eine maximale Transferrate von 6400 MB/s.

Die Datenrate (in MT/s) beträgt aufgrund der doppelten Datenrate des DDR-Speichers das Doppelte des I/O-Bus-Takts (in MHz). Wie oben erläutert, ist die Bandbreite in MB/s die Datenrate multipliziert mit acht.

CL – CAS Latenztaktzyklen zwischen dem Senden einer Spaltenadresse an den Speicher und dem Beginn der Daten als Antwort

tRCD – Taktzyklen zwischen Zeilenaktivierung und Lese-/Schreibvorgängen

tRP – Taktzyklen zwischen Reihenvorladung und Aktivierung

Bruchhäufigkeiten werden normalerweise abgerundet, aber das Aufrunden auf 667 ist üblich, da die genaue Zahl 666⅔ beträgt und auf die nächste ganze Zahl gerundet wird. Manche Hersteller runden auch auf eine gewisse Genauigkeit oder runden stattdessen auf. PC3-10666-Speicher könnte beispielsweise als PC3-10600 oder PC3-10700 aufgelistet werden.^[23]

Notiz: Alle oben aufgeführten Artikel werden von JEDEC als JESD79-3F spezifiziert.^{[11]: 157–165}Alle RAM-Datenraten zwischen oder über diesen aufgeführten Spezifikationen sind nicht von JEDEC standardisiert – oft handelt es sich lediglich um Herstelleroptimierungen mit höher tolerierten oder übervoltierten Chips. Von diesen nicht standardmäßigen Spezifikationen entsprach die höchste gemeldete Geschwindigkeit, die im Mai 2010 erreicht wurde, DDR3-2544.^[24]

Alternative Namensgebung: DDR3-Module werden aus Marketinggründen oft fälschlicherweise mit dem Präfix PC (statt PC3) gefolgt von der Datenrate beschriftet. Unter dieser Konvention wird PC3-10600 als PC1333 aufgeführt.^[25]

Serielle Anwesenheitserkennung[edit]

DDR3-Speicher verwendet serielle Präsenzerkennung.^[26] Serial Presence Detect (SPD) ist eine standardisierte Methode, um automatisch über eine serielle Schnittstelle auf Informationen über ein Computerspeichermodul zuzugreifen. Es wird normalerweise während des Selbsttests beim Einschalten zur automatischen Konfiguration von Speichermodulen verwendet.

4 . freigeben[edit]

Release 4 des DDR3 Serial Presence Detect (SPD)-Dokuments (SPD4_01_02_11) fügt Unterstützung für Load Reduction DIMMs und auch für 16b-SO-DIMMs und 32b-SO-DIMMs hinzu.

Die JEDEC Solid State Technology Association gab die Veröffentlichung von Release 4 des DDR3 Serial Presence Detect (SPD)-Dokuments am 1. September 2011 bekannt.^[27]

XMP-Erweiterung[edit]

Die Intel Corporation hat am 23. März 2007 offiziell die eXtreme Memory Profile (XMP)-Spezifikation eingeführt, um Enthusiasten Leistungserweiterungen der traditionellen JEDEC-SPD-Spezifikationen für DDR3-SDRAM zu ermöglichen.^[28]

Varianten[edit]

Neben Bandbreitenbezeichnungen (z. B. DDR3-800D) und Kapazitätsvarianten können Module eines der folgenden sein:

1. ECC-Speicher, der über eine zusätzliche Datenbyte-Lane verfügt, die zum Korrigieren kleinerer Fehler und zum Erkennen größerer Fehler für eine bessere Zuverlässigkeit verwendet wird. Module mit ECC sind durch ein zusätzliches . gekennzeichnet ECC oder E in ihrer Bezeichnung. Beispiel: “PC3-6400 ECC” oder PC3-8500E.^[29]
2. Registrierter oder gepufferter Speicher, der die Signalintegrität (und somit potentiell Taktraten und physikalische Slot-Kapazität) verbessert, indem die Signale mit einem Register elektrisch gepuffert werden, auf Kosten eines zusätzlichen Takts mit erhöhter Latenz. Diese Module sind durch ein zusätzliches . gekennzeichnet R in ihrer Bezeichnung, zum Beispiel PC3-6400R.^[30]
3. Nicht registrierter (alias “ungepufferter”) RAM vielleicht gekennzeichnet durch ein zusätzliches U in der Bezeichnung.^[30]
4. Vollständig gepufferte Module, die mit gekennzeichnet sind F oder FB und haben nicht die gleiche Kerbenposition wie andere Klassen. Vollständig gepufferte Module können nicht mit Motherboards verwendet werden, die für registrierte Module entwickelt wurden, und die unterschiedliche Kerbenposition verhindert physikalisch ihr Einsetzen.
5. Lastreduzierte Module, die mit gekennzeichnet sind LR und ähneln registrierten/gepufferten Speichern in einer Weise, dass LRDIMM-Module sowohl Steuer- als auch Datenleitungen puffern und gleichzeitig die Parallelität aller Signale beibehalten. Daher bietet LRDIMM-Speicher große maximale Gesamtspeicherkapazitäten und adressiert gleichzeitig einige der Leistungs- und Stromverbrauchsprobleme von FB Speicher, der durch die erforderliche Umwandlung zwischen seriellen und parallelen Signalformen induziert wird.

Sowohl die Speichertypen FBDIMM (vollständig gepuffert) als auch LRDIMM (lastreduziert) sind in erster Linie darauf ausgelegt, die Menge des elektrischen Stroms zu steuern, der zu und von den Speicherchips zu einem bestimmten Zeitpunkt fließt. Sie sind nicht mit registriertem/gepuffertem Speicher kompatibel, und Motherboards, die sie benötigen, akzeptieren normalerweise keine andere Art von Speicher.

DDR3L- und DDR3U-Erweiterungen[edit]

Die DDR3L (DDR3-Low Voltage) ist ein Addendum zum JESD79-3 DDR3 Memory Device Standard, das Niederspannungsgeräte spezifiziert.^[31] Der DDR3L-Standard ist 1,35 V und trägt das Label PC3L für seine Module. Beispiele sind DDR3L-800 (PC3L-6400), DDR3L-1066 (PC3L-8500), DDR3L-1333 (PC3L-10600) und DDR3L-1600 (PC3L-12800). Der gemäß DDR3L- und DDR3U-Spezifikationen spezifizierte Speicher ist mit dem ursprünglichen DDR3-Standard kompatibel und kann entweder mit der niedrigeren Spannung oder mit 1,50 V betrieben werden.^[32] Geräte, die ausdrücklich DDR3L erfordern und mit 1,35 V arbeiten, wie beispielsweise Systeme, die mobile Versionen von Intel Core-Prozessoren der vierten Generation verwenden, sind jedoch nicht mit 1,50 V DDR3-Speicher kompatibel.^[33] DDR3L unterscheidet sich vom mobilen Speicherstandard LPDDR3 und ist mit diesem nicht kompatibel.

Die DDR3U (DDR3-Ultra Low Voltage) Standard ist 1,25 V und trägt das Etikett PC3U für seine Module.^[34]

Die JEDEC Solid State Technology Association gab die Veröffentlichung von JEDEC DDR3L am 26. Juli 2010 bekannt^[35] und das DDR3U im Oktober 2011.^[36]

Funktionszusammenfassung[edit]

Komponenten[edit]

• Einführung des asynchronen RESET-Pins
• Unterstützung der Flugzeitkompensation auf Systemebene
• On-DIMM-Spiegel-freundliche DRAM-Pinbelegung
• Einführung von CWL (CAS Write Latency) pro Takt-Bin
• On-Die-E/A-Kalibrierungs-Engine
• LESEN- und SCHREIBEN-Kalibrierung
• Dynamische ODT-Funktion (On-Die-Termination) ermöglicht verschiedene Abschlusswerte für Lese- und Schreibvorgänge

Module[edit]

• Fly-by-Befehls-/Adress-/Steuerbus mit On-DIMM-Terminierung
• Hochpräzise Kalibrierwiderstände
• Sind nicht abwärtskompatibel – DDR3-Module passen nicht in DDR2-Sockel; Gewalt gegen sie kann das DIMM und/oder das Motherboard beschädigen^[37]

Technologische Vorteile gegenüber DDR2[edit]

• Höhere Bandbreitenleistung, bis zu 2133 MT/s standardisiert
• Leicht verbesserte Latenzen, gemessen in Nanosekunden
• Höhere Leistung bei geringem Stromverbrauch (längere Akkulaufzeit bei Laptops)
• Verbesserte Energiesparfunktionen

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]

Externe Links[edit]