Memórias DDR2 e DDR3

Módulo de memória DDR 3 - Corsair

Módulos DDR2 com dissipadores

O lançamento das memórias DDR2 teve um impacto diferente para a Intel e a AMD. Para a Intel, a migração para as memórias DDR2 foi mais simples, já que o controlador de memória é incluído no chipset, de forma que aderir a uma nova tecnologia demanda apenas modificações nos chipsets e placas.

A Intel oferece suporte a memórias DDR2 em seus chipsets desde o i915P, lançado em 2004. Inicialmente, os chipsets ofereciam tanto suporte a memórias DDR quanto DDR2, de forma que ficava a cargo do fabricante escolher qual padrão utilizar. Existem inclusive placas híbridas, que suportam ambos os padrões, como a ECS 915P-A, que possuem dois slots de cada tipo, permitindo que você escolha qual padrão utilizar. A partir de um certo ponto, entretanto, as memórias DDR2 caíram de preço e quase todas as placas soquete 775 passaram a vir com suporte exclusivo a memórias DDR2.

Para a AMD, a mudança foi mais tortuosa, já que o Athlon 64 e derivados utilizam um controlador de memória embutido diretamente no processador, desenvolvido de forma a minimizar os tempos de acesso.

Por um lado isto é bom, pois oferece um ganho real de desempenho, mas por outro é ruim, pois qualquer mudança no tipo de memória usado demanda mudanças no processador e no soquete usado. Foi justamente isso que aconteceu quando a AMD decidiu fazer a migração das memórias DDR para as DDR2. Além das mudanças internas no processador e controlador de memória, o soquete 754 foi substituído pelo soquete 939 e em seguida pelo AM2, quebrando a compatibilidade com as placas antigas.

Com a adoção por parte da AMD, a procura (e conseqüentemente a produção) das memórias DDR2 aumentou bastante, fazendo com que os preços passassem a cair rapidamente.

A partir do final de 2006, os preços dos módulos de memória DDR2 (nos EUA) caíram a ponto de passarem a ser mais baratos que os módulos DDR regulares. Como sempre, as mudanças chegam ao Brasil com alguns meses de atraso, mas a partir do início de 2007 as memórias DDR2 passaram a ser encontradas por preços inferiores às DDR por aqui também. Como sempre, módulos de alto desempenho (como os Corsair Dominator) chegam a custar até duas vezes mais caro, mas em se tratando de memórias genéricas, os preços caíram muito.

DDR, DDR2 e DDR3 são memórias do tipo SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory), isto é, síncronas, o que significa que elas utilizam um sinal de clock para sincronizar suas transferências. DDR significa Double Data Rate ou Taxa de Transferência Dobrada, e memórias desta categoria transferem dois dados por pulso de clock. Traduzindo: elas conseguem obter o dobro do desempenho de memórias sem este recurso trabalhando com o mesmo clock (memórias SDRAM, que não estão mais disponíveis para PCs).

Por causa desta característica, essas memórias são rotuladas com o dobro do clock real máximo que elas conseguem trabalhar. Por exemplo, memórias DDR2-800 trabalham a 400 MHz, memórias DDR2-1066 e DDR3-1066 trabalham a 533 MHz, memórias DDR3-1333 trabalham a 666,6 MHz e assim por diante.

Outra questão importante foi a popularização de módulos DDR2-1066 e também de módulos de baixa latência, com temporização de 4-4-3-11, ou mesmo 3-3-3-9. Ao contrário da geração inicial de módulos DDR2, que ofereciam mais banda, mas em compensação trabalhavam com tempos de acesso muito mais altos, esta segunda geração de módulos DDR2 é indiscutivelmente mais rápida. O ganho prático em utilizar memórias DDR2 não é muito grande, pois o barramento com a memória é apenas um dos fatores que determina o desempenho do PC. Mas, a partir do momento em que os módulos DDR2 passam a ser mais baratos, qualquer ganho, por menor que seja, é muito bem-vindo.

Enquanto ainda estávamos nos acostumando com as memórias DDR2, a Intel apertou o passo e incluiu o suporte ao padrão seguinte no chipset P35, lançado oficialmente em junho de 2007.

Como sugere a lógica, as memórias DDR3 realizam 8 acessos por ciclo, contra os 4 acessos por ciclo das memórias DDR2. Assim como na tecnologia anterior, os acessos são realizados a endereços subjacentes, de forma que não existe necessidade de aumentar a freqüência “real” das células de memória.

Inicialmente, os módulos DDR3 foram lançados em versão DDR3-1066 (133 MHz x 8 ) e DDR3-1333 (166 MHz x 8 ), seguidos pelo padrão DDR3-1600 (200 MHz x 8 ). Os três padrões são também chamados de (respectivamente) PC3-8500, PC3-10667 e PC3-12800, nesse caso dando ênfase à taxa de transferência teórica.

Apesar do aumento no número de transferências por ciclo, os buffers de dados continuam trabalhando a apenas o dobro da freqüência das células de memória. Ou seja, a freqüência interna (das células de memória) de um módulo DDR3-1600 é de 200 MHz e a freqüência externa (dos buffers de dados) é de 400 MHz. As células de memória realizam 8 transferências por ciclo de clock (em vez de 4, como nas DDR2) e os buffers de dados (que operam ao dobro da freqüência) realizam 4 transferências por ciclo de clock, em vez de apenas duas, como nos módulos DDR2.

Com isso, chegamos à freqüência de 1600 MHz divulgada, que, como pode ver, é obtida através do aumento do número de transferências realizadas por ciclo e não através do aumento do clock “real” das células de memória ou dos buffers de dados. Se as mudanças parassem por aí, os módulos DDR3 não ofereceriam ganhos muito grandes na prática, pois o tempo de latência inicial continuaria sendo o mesmo que nos módulos DDR2 (já que não houve mudança na freqüência das células de memória). Se um módulo DDR3 operasse com tempos de acesso 10-10-10-30, os ganhos seriam pequenos em relação a um DDR2 5-5-5-15, já que só haveria ganho nos acessos subseqüentes.

Para evitar isso, os módulos DDR3 incluem um sistema integrado de calibragem do sinal, que melhora de forma considerável a estabilidade dos sinais, possibilitando o uso de tempos de latência mais baixos, sem que a estabilidade seja comprometida.

Os módulos DDR3 utilizam também 8 bancos em vez de 4, o que ajuda a reduzir o tempo de latência em módulos de grande capacidade. Elas também trouxeram uma nova redução na tensão usada, que caiu para apenas 1.5V, ao invés dos 1.8V usados pelas memórias DDR2. A redução na tensão faz com que o consumo elétrico dos módulos caia proporcionalmente, o que os torna mais atrativos para os fabricantes de notebooks.

Somadas todas essas melhorias, os tempos de acesso “reais” dos módulos foram sensivelmente reduzidos. Em vez de de trabalharem com tempos de acesso 10-10-10-30, a geração inicial de módulos DDR3 é capaz de trabalhar com temporização 9-9-9-24, ou mesmo 7-7-7-15.

Os valores de clocks são valores máximos que a memória pode oficialmente usar; isto não significa que a memória trabalhará com essas “velocidades” automaticamente. Por exemplo, se você instalar memórias DDR2-1066 em um computador que pode acessar apenas memórias a até 400 MHz (800 MHz DDR) – ou se seu micro estiver configurado erroneamente –, as memórias serão acessadas a 400 MHz (800 MHz DDR) e não a 533 MHz (1.066 MHz DDR). Isto acontece porque o sinal de clock é gerado pelo o controlador de memória, um circuito que está localizado fora da memória (no chip ponte norte da placa-mãe  ou embutido no processador, dependendo do processador usado).

O esquema de nomenclatura DDRx-yyyy (onde x é a geração da tecnologia e yyyy é o clock da memória DDR) em teoria é usado apenas para os chips de memória. Os módulos de memória – a pequena placa de circuito impresso onde os chips de memória estão soldados – utilizam um esquema de nomenclatura diferente: PCx-zzzz, onde x é a geração da tecnologia e zzzz é a taxa de transferência máxima teórica (também chamada largura de banda máxima). Este número indica a quantidade de bytes que podem ser transferidos por segundo entre o controlador de memória e o módulo de memória, assumindo que uma transferência de dados será realizada a cada pulso de clock. Esta conta é facilmente feita multiplicando o clock DDR em MHz por oito. Isto nos dará a taxa de transferência máxima teórica em MB/s (megabytes por segundo). Por exemplo, as memórias DDR2-800 têm uma taxa de transferência máxima teórica de 6.400 MB/s ( 800 x 8 ) e os módulos de memória que utilizam este tipo de memória são chamados PC2-6400. Em alguns casos o número é arredondado. Por exemplo, as memórias DDR3-1333 têm uma taxa de transferência máxima teórica de 10.666 MB/s, mas os módulos de memória que utilizam este tipo de memória são chamados PC3-10666 ou PC3-10600, dependendo do fabricante (obs: valores são máximos teóricos, provavelmente nunca obtidos de fato).

Uma das principais diferenças entre as memórias DDR2 e DDR3 é a maior taxa de transferência que cada geração consegue fornecer. Na figura abaixo verificamos as velocidades mais comuns para cada geração. Alguns fabricantes podem oferecer chips de memória capazes de trabalhar com outras velocidades não listadas aqui – por exemplo, memórias especiais voltadas para os entusiastas em overclock. Os clocks terminados, como por exemplo,  em 33 e 66 MHz são na verdade dizimas periódicas (33,3333 e 66,6666, respectivamente).

As memórias DDR3 necessitam de uma tensão de alimentação menor do que as memórias DDR2 (a título de curiosidade, relatamos que as memórias DDR2 necessitam de uma tensão de alimentação menor do que as memórias DDR, estas são alimentadas com 2,5 V). Isto significa que as memórias DDR3 consomem menos energia do que as memórias DDR2 (e que as memórias DDR2 consomem menos energia do que as memórias DDR).

As memórias DDR2 são alimentadas com 1,8 V e as memórias DDR3 são alimentadas com 1,5 V (embora existam módulos DDR3 alimentados com 1,6 V ou 1,65 V e chips que necessitem apenas de 1,35 V). Alguns módulos de memória podem necessitar tensões de alimentação maiores. Isto acontece especialmente com memórias que trabalham com clocks maiores do que os oficiais (por exemplo, memórias para overclock).

A latência é o tempo que o controlador de memória precisa esperar entre a requisição de um dado e sua efetiva entrega. Ela também é conhecida como Latência do CAS (Column Address Strobe) ou simplesmente CL. Este número é expresso em pulsos de clock. Por exemplo, uma memória CL3 significa que o controlador de memória precisa esperar três pulsos de clock até que o dado seja fornecido após a sua solicitação. Com uma memória CL5 o controlador de memória terá de esperar mais: cinco pulsos de clock. Portanto é sempre utilizar módulos de memória com a menor latência possível.

As memórias DDR3 têm latências maiores do que as memórias DDR2. As memórias DDR2 e DDR3 têm um parâmetro adicional chamado AL (Additional Latency ou Latência Adicional) ou simplesmente A. Com as memórias DDR2 e DDR3 a latência total será CL+AL. Felizmente praticamente todas as memórias DDR2 e DDR3 são AL 0, o que significa que não há necessidade de latência adicional.

As memórias DDR3 se utilizam de mais pulsos de clock para começarem a transferir dados do que as memórias DDR2, mas isto não significa necessariamente uma espera de tempo maior (isto só é verdade quando comparamos memórias trabalhando com o mesmo clock).

Uma memória DDR2-800 CL5 demorará menos tempo (ou seja, será mais rápida) para começar a fornecer dados do que uma memória DDR3-800 CL7. No entanto, como as memórias são de “800 MHz”, ambas oferecem a mesma taxa de transferência máxima teórica (6.400 MB/s). Além disso, é importante lembrar que a memória DDR3 consumirá menos energia do que memória DDR2.

Comparando-se módulos com clocks diferentes mister se fazer algumas contas para poder comparar as latências. Importante lembrar que se fala em “pulsos de clock”. Quando o clock é maior, cada pulso de clock é menor (ou seja, o período é menor). Por exemplo, em uma memória DDR2-800, cada pulso de clock leva 2,5 ns (1 ns = 0,000.000.001 segundo) – a conta é : período = 1 / frequência (necessário usar o clock real e não o clock DDR nesta fórmula. Portanto, supondo uma memória DDR2-800 com CL 5, a espera inicial será de 12,5 ns (2,5 ns x 5). Suponhando uma memória DDR3-1333 com CL 7 cada pulso de clock tem um período de 1,5 ns, portanto o tempo de espera (latência) será de 10,5 ns (1,5 ns x 7). Depreendemos que apesar de a latência desta memória DDR3 parecer ser maior (7 vs. 5), o tempo de espera é, na verdade, menor. Portanto não é verdade dizer que as memórias DDR3 têm latências piores do que as memórias DDR2, pois isto dependerá do clock que você estiver se referindo.

Normalmente os fabricantes anunciam as temporizações da memória como uma série de vários números separados por traços (por exemplo, 5-5-5-5, 7-10-10-10, etc). A latência do CAS é sempre o primeiro número desta série.

As memórias dinâmicas armazenam dados dentro de uma matriz de pequenos capacitores. As memórias DDR transferem dois bits de dados por pulso de clock da matriz da memória para o seu buffer interno de entrada e saída. Isto é chamado pré-busca de 2 bits. Nas memórias DDR2 este caminho de dados interno foi aumentado para quatro bits e nas memórias DDR3  ele foi aumentado novamente para oito bits. Isto é na verdade o macete que permite que memórias DDR3 trabalhem com clocks mais elevados do que as memórias DDR2, que por sua vez trabalham com clock mais elevados do que as memórias DDR.

Os clocks referidos até agora são os clock do “mundo externo”, ou seja, na interface de entrada e saída da memória, onde a comunicação entre a memória e o controlador de memória acontece. Internamente a memória trabalha de uma maneira um pouco diferente.

Internamente o chip DDR transfere dois bits entre a matriz da memória e o buffer de entrada e saída, portanto para compatibilizar a velocidade da interface de entrada e saída este caminho de dados tem que trabalhar a 200 MHz (200 MHz x 2 = 400 MHz). Como nas memórias DDR2 este caminho de dados foi aumentado de dois para quatro bits, elas podem trabalhar com a metade do clock para obter o mesmo desempenho (100 MHz x 4 = 400 MHz). Com as memórias DDR3 acontece a mesma coisa: o caminho dos dados foi dobrado novamente para oito bits, portanto elas podem trabalhar com a metade do clock das memórias DDR2 ou apenas ¼ do clock das memórias DDR para obter o mesmo desempenho (50 MHz x 8 = 400 MHz).

Dobrando o caminho de dados de cada geração significa que cada nova geração de memória pode ter modelos de chips com o dobro do clock máximo obtido na geração anterior. Por exemplo, as memórias DDR-400, DDR2-800 e DDR3-1600 trabalham internamente com o mesmo clock (200 MHz).

Nas memórias DDR2 e DDR3 a terminação resistiva necessária está localizada dentro dos chips de memória – técnica chamada ODT, On-Die Termination. Isto permite queos sinais fiquem mais “limpos”.

Os chips de memória já vem soldados em uma placa de circuito impresso chamada “módulo de memória”. Os módulos para cada geração de memória DDR são fisicamente diferentes e não é possível instalar um módulo DDR2 em uma soquete DDR3. A menos que sua placa-mãe  tenha soquetes DDR2 e DDR3 ao mesmo tempo (apenas alguns modelos suportam ambos os tipos) não se pode fazer atualização da sua memória DDR2  para DDR3 sem substituir a placa-mãe e eventualmente o processador (se em seu micro o controlador de memória estiver integrado no processador, como acontece com todos os processadores da AMD e com o processador Core i7 da Intel). Obs: A mesma coisa é válida com as memórias DDR e DDR2: tirando algumas raras exceções, você não pode substituir as memórias DDR por DDR2. Módulos DDR2 e DDR3 têm a mesma quantidade de pinos, porém o chanfro delimitador está em uma posição diferente.

Todos os chips DDR2 e DDR3 utilizam encapsulamento BGA (Ball Grid Array), enquanto que os chips DDR quase sempre utilizam encapsulamento TSOP (Thin Small-Outline Package). Existem alguns poucos chips DDR com encapsulamento BGA no mercado (como os chips da Kingmax), mas eles não são muito comuns.

Por fim, importante relatar que as memórias DDR2 demoraram quase 3 anos para se popularizarem desde a introdução do chipset i915P, em 2004. As memórias DDR3 devem passar por um caminho similar, com os módulos inicialmente custando muito mais caro e caindo ao mesmo nível de preço dos módulos DDR2 apenas por volta de 2009. Não existe nada de fundamentalmente diferente nos módulos DDR3 que os torne mais caros de se produzir, o preço é determinado basicamente pelo volume de produção.

Assim como no caso das memórias DDR2, a maior taxa de transferência oferecida pelas memórias DDR3 resulta em um ganho relativamente pequeno no desempenho global do sistema, de apenas 1 a 3% na maioria dos aplicativos, por isso não vale a pena pagar muito mais caro por módulos DDR3 ao comprar. Enquanto eles estiverem substancialmente mais caros, continue comprando (e indicando) placas com suporte a módulos DDR2.

Fonte:

http://www.clubedohardware.com.br/artigos/Tudo-o-Que-Voce-Precisa-Saber-Sobre-Memorias-DDR-DDR2-e-DDR3/1046/1

http://www.gdhpress.com.br/hardware/leia/index.php?p=cap4-10

http://www. infowester.com/memddr2

16/10/2010

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