Was ist SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory)?

Es sind auf dem Markt verschiedene RAM-Typen erhältlich, z. B. SRAM-Speicher. In diesem Artikel geht es hauptsächlich um SDRAM. Wenn Sie mehr über andere RAM-Typen erfahren möchten, besuchen Sie die Webseite von MiniTool.

Einführung in SDRAM

Was ist SDRAM? SDRAM ist die Abkürzung für „Synchronous Dynamic Random Access Memory“ und bezeichnet einen beliebigen dynamischen Random Access Memory (DRAM), bei dem der Betrieb der externen Pin-Schnittstelle durch ein extern bereitgestelltes Taktsignal koordiniert wird.

SDRAM verfügt über eine synchrone Schnittstelle, über welche die Änderung des Steuereingangs nach der ansteigenden Flanke seines Takteingangs erkannt werden kann. In der von JEDEC standardisierten SDRAM-Serie steuert das Taktsignal das Schreiten der internen endlichen Zustandsmaschine als Reaktion auf eingehende Befehle.

Diese Befehle können in einer Pipeline verarbeitet werden, um die Leistung zu verbessern und die zuvor gestarteten Vorgänge abzuschließen, während neue Befehle empfangen werden. Der Speicher ist in mehrere gleich große, aber unabhängige Abschnitte (sogenannte Bänke) unterteilt, sodass das Gerät gleichzeitig gemäß den Speicherzugriffsbefehlen in jeder Bank arbeiten und die Zugriffsgeschwindigkeit auf verschachtelte Weise beschleunigen kann.

Im Vergleich zu asynchronen DRAMs bietet SDRAM dadurch eine höhere Parallelität und höhere Datenübertragungsraten.

Geschichte des SDRAM

1992 brachte Samsung den ersten kommerziellen SDRAM-Speicherchip KM48SL2000 mit einer Kapazität von 16 MB auf den Markt. Er wurde von Samsung Electronics mithilfe eines CMOS-Herstellungsverfahrens (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) hergestellt und 1993 in Massenproduktion gefertigt.

Bis zum Jahr 2000 hatte SDRAM aufgrund seiner höheren Leistung fast alle anderen DRAM-Typen in modernen Computern ersetzt.

Die Latenzzeit von SDRAM ist nicht grundsätzlich geringer (schneller) als die von asynchronem DRAM. Tatsächlich waren frühe SDRAM-Typen aufgrund zusätzlicher Logik langsamer als Burst-EDO-DRAM im gleichen Zeitraum. Der Vorteil der internen Pufferung von SDRAM liegt in der Fähigkeit, Vorgänge auf mehrere Speicherbänke zu verteilen und so die effektive Bandbreite zu erhöhen.

Heutzutage erfüllt fast die gesamte SDRAM-Fertigung die Standards des Verbands der Elektronikindustrie – JEDEC, der offene Standards zur Förderung der Interoperabilität elektronischer Komponenten verwendet.

SDRAM bietet auch registrierte Varianten für Systeme, die eine größere Skalierbarkeit erfordern, wie Server und Workstations. Zu den weltweit größten SDRAM-Herstellern gehören heute Samsung Electronics, Panasonic, Micron Technology und Hynix.

Generationen von SDRAM

DDR SDRAM

Die erste Generation von SDRAM ist DDR SDRAM, das verwendet wurde, um Anwendern mehr Bandbreite zur Verfügung zu stellen. Es verwendet denselben Befehl, der einmal pro Zyklus akzeptiert wird, liest oder schreibt jedoch zwei Datenwörter pro Taktzyklus. Die DDR-Schnittstelle erreicht dies durch Lesen und Schreiben von Daten an den ansteigenden und abfallenden Flanken des Taktsignals.

DDR2 SDRAM

DDR2 SDRAM ist dem DDR SDRAM recht ähnlich, aber die minimale Lese- oder Schreibeinheit wird erneut verdoppelt, um vier aufeinanderfolgende Wörter zu erreichen. Das Busprotokoll wurde ebenfalls vereinfacht, um eine höhere Leistung zu erzielen. (Insbesondere wurde der Befehl „Burst Termination“ entfernt.) Dadurch kann die Busrate des SDRAM verdoppelt werden, ohne die Taktrate der internen RAM-Operationen zu erhöhen.

DDR3 SDRAM

DDR3 SDRAM setzt diesen Trend fort und verdoppelt die minimale Lese- oder Schreibeinheit auf acht aufeinanderfolgende Wörter. Dadurch können die Bandbreite und die externe Busrate erneut verdoppelt werden, ohne dass die Taktrate für interne Vorgänge geändert werden muss, sondern nur die Breite. Um 800–1600 M Übertragungen/s (beide Flanken des 400–800-MHz-Taktes) aufrechtzuerhalten, muss das interne RAM-Array 100–200 M Abrufe pro Sekunde durchführen.

DDR4 SDRAM

DDR4 SDRAM verdoppelt die interne Prefetch-Breite nicht erneut, sondern verwendet denselben 8n-Prefetch wie DDR3. Die Betriebsspannung des DDR4-Chips beträgt 1,2 V oder weniger.

DDR5 SDRAM

Die Herausgabe von DDR5 kommt mit dem Ziel, die Bandbreite von DDR4 zu verdoppeln und den Stromverbrauch zu senken.

Gescheiterte Nachfolger von SDRAM

Rambus DRAM (RDRAM)

RDRAM war eine proprietäre Technologie, die mit DDR konkurrierte. Aufgrund des relativ hohen Preises und der enttäuschenden Leistung (aufgrund hoher Latenzen und schmaler 16-Bit-Datenkanäle im Gegensatz zu den 64-Bit-Kanälen von DDR) verlor sie den Wettbewerb um SDR-DRAM.

Synchronous-Link DRAM (SLDRAM)

SLDRAM unterscheidet sich von Standard-SDRAM dadurch, dass der Takt von der Datenquelle (SLDRAM-Chip im Falle einer Leseoperation) erzeugt und in derselben Richtung wie die Daten übertragen wurde, wodurch die Datenverzerrung erheblich reduziert wurde. Um zu vermeiden, dass bei einer Änderung der DCLK-Quelle eine Pause eingelegt werden muss, wurde in jedem Befehl das zu verwendende DCLK-Paar angegeben.

Virtual Channel Memory (VCM) SDRAM

VCM war ein proprietärer SDRAM-Typ, der von NEC entwickelt wurde, aber als offener Standard ohne Lizenzgebühr herausgegeben wurde. Er ist pinkompatibel mit Standard-SDRAM, aber die Befehle sind unterschiedlich.

Diese Technologie war ein potenzieller Konkurrent von RDRAM, da VCM nicht so teuer war wie RDRAM. Das Virtual Channel Memory (VCM)-Modul ist mechanisch und elektrisch mit Standard-SDRAM kompatibel, sodass die Unterstützung der beiden nur von der Funktion des Speichercontrollers abhängt.