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Memórias DDR3

Autor: Marcio Bergami
Data: 1/mar/2007

Sinopse
Depois da SDRAM, DDR e DDR2, começam a chegar ao mercado de microcomputadores as memórias DDR3, que equiparão as próximas gerações de placas mãe.

Memórias DDR3

Como tem acontecido ultimamente, o lançamento de uma nova tecnologia de memória física costuma impactar de maneira diferente para a Intel e a AMD. Quando falamos de processadores da Intel, a migração para uma nova tecnologia de memória torna-se muito mais simples, já que o controlador de memória é incluído no chipset ponte norte (north bridge). Dessa forma, aderir a uma nova tecnologia demanda apenas modificações nos chipsets e, por conseguinte, nas placas mãe.

A Intel já começou a oferecer suporte a memórias do tipo DDR3 em seus chipsets modelos G33, P35 e X38 desde o ano de 2007. Esses chipsets oferecem tanto suporte às modernas memórias DDR3 quanto às já consagradas DDR2 (assim como aconteceu na transição da DDR para a DDR2), de forma que ficará a cargo do fabricante de placa mãe (Abit, Asus, Intel entre outros) escolher qual padrão irá implementar. Quer dizer então que poderemos ter placas fabricadas para dar suporte aos dois tipos de módulos de memória, óbvio que fazendo-se uso de uma ou outra tecnologia (ou DDR2 ou DDR3, e não ambas em conjunto). Seriam as chamadas placas mãe do tipo “híbridas” (muito costumeiras nos modelos da PCChips), que suportam ambos os padrões como por exemplo, a Gigabyte GA-P35C-DS3R (ver figura 1).

Figura 1: placa mãe Gigabyte GA-P35C-DS3R com suporte a DDR2 e DDR3.

Esta placa mãe possui seis slots de memória física, sendo que quatro para o tipo DDR2 com implementação em dual channel (duplo canal) e dois para as modernas DDR3 em single channel (canal simples). Veja maiores detalhes na figura 2.

Figura 2: detalhes dos soquetes de memórias (DDR2 e DDR3) com suas respectivas implementações (single or dual-channel).

Para a AMD, a mudança será bem mais dificultosa (como tem sido de praxe), já que os processadores Athlon 64 e derivados (isso desde os tempos das memórias do tipo DDR) utilizam um controlador de memória embutido diretamente em seu núcleo (on die). Essa implementação visa diminuir os tempos de acesso do processador às memórias, ao evitar o gargalo gerado pela costumeira implementação via ponte norte (north bridge), através do FSB (Front Syde Bus) ou SB (System Bus).

Isso é bom de um lado, pois oferece um ganho real de desempenho mas por outro é ruim, pois qualquer mudança no tipo de memória utilizado (diga-se aí suporte a uma nova tecnologia – DDR para DDR2, DDR2 para DDR3) demanda mudanças no lançamento de novos processadores e por conseguinte, no tipo de soquete utilizado. Foi justamente isso que acabou acontecendo quando a AMD decidiu fazer a migração das memórias DDR para as atuais DDR2. Além das mudanças internas no processador e controlador de memória, os soquetes 754, 939 e 940 foram substituídos pelo atual soquete AM2 (que também possui 940 pinos de contatos, mas sendo eletricamente incompatível com os modelos anteriores), quebrando assim a esperada compatibilidade com as placas mãe antigas.

Com a adoção por parte da AMD das modernas memórias DDR3 (ao invés de somente a Intel), a procura (e conseqüentemente a produção) dessas memórias deverá aumentar bastante, fazendo com que os preços passem a cair rapidamente (como tem sido de praxe observar no mercado). Mas atualmente, o que tem ocorrido é que a AMD tem esperado uma nova tecnologia de memória tornar-se mais madura (diga-se após a implementação pela Intel) no mercado de PCs para poder integrá-la aos seus novos processadores. Cabe aqui observar que o atual soquete AM2 serve tanto para os processadores Sempron como os Athlon 64, Athlon 64 X2, Athlon 64 FX e os atuais Phenom. Ou seja: instituiu-se momentaneamente uma padronagem de soquete para os processadores da AMD como já existe nos processadores da Intel LGA 775, assim como já houve na AMD nos idos do famoso soquete 462 (socket A).

Atualmente, o que temos presenciado são os preços dos módulos de memória DDR2 terem se tornado inferiores aos preços das antigas DDR (isso já no ano de 2007 aqui no Brasil, e nos idos de 2006 nos EUA). Claro, excluindo-se daí os módulos de memória de alto desempenho como algumas séries especiais da Corsair e da Kingston, entre outros fabricantes “top” (às vezes custando duas vezes mais caro que outra equivalente “genérica”) mas em se tratando destas (as genéricas) os preços despencaram, e muito (ver figura 3).

Figura 3: memórias DDR3 da Corsair de alta performance, homologadas pelo fabricante Intel para “overclock” (vide o nome Intel escrito na etiqueta dos módulos).

Assim como nos módulos de memória DDR2, as DDR3 são fabricadas no formato FBGA (Fine Ball Grid Array), esse tipo de implementação de chips semicondutores é feito através de um arranjo de pequenas esferas (bolhas) de solda que são alinhadas com a placa de circuitos e então, derretidas através de câmara de vapor ou por ondas de alta-freqüência. Essas esferas de solda possuem pequenas conexões com o núcleo dos chips, fazendo o devido contato elétrico entre os bancos de memórias e a placa de circuitos. Por não existirem “terminais” de soldagem na placa, consegue-se diminuir o aquecimento nos chips e a resistência de contato entre estes e a placa de circuitos além de diminuir sobremaneira a possibilidade de existir um curto entre um número grande de terminais de contatos elétricos e mecânicos quando de sua soldagem na placa de circuitos. Também é uma conseqüência desse tipo de implementação o aparecimento de módulos de memória de altas freqüências de operação, pois os contatos do chip com os terminais são muito curtos, ocasionando baixas indutâncias com menos distorção dos sinais elétricos que aí trafegam (vide figuras 4 e 5).

Figura 4: pequenas esferas (bolhas) de solda nos chips fazem contato mecânico e elétrico com a placa de circuitos, após seu devido derretimento (formato BGA – Ball Grid Array).

Figura 5: foto bastante ampliada das esferas de solda no formato BGA.

Outra coisa muito importante a considerar aqui são os tempos de latência das memórias DDR3, que atualmente são mais altos que os das atuais DDR2 (assim como no tempo da transição das DDR para as DDR2). Apesar da banda de tráfego de dados de entrada e saída (leia-se I/O bus) ser muito maior do que nas atuais DDR2, atualmente essa tecnologia só consegue implementar chips com alta latência mas de grandes capacidades de armazenamento – 512 Mbit a 8 Gbit por chip, o que permite módulos de capacidade teórica de até 16 GB. Mesmo assim, temos observado os fabricantes de módulos de memória anunciar, atualmente, memórias DDR3 com baixas latências. Também é importante aqui salientar que os chipsets atuais só dão suporte a memórias DDR3 com implementação em “single channel” (canal simples) ao invés do atual benefício do “dual channel” (duplo canal), que vem desde os idos das memórias DDR até as atuais antigas DDR2, nada impedindo que o duplo canal venha ser implementado num futuro próximo.

As antigas DDR realizam 2 acessos por clock (escrita/leitura) contra 4 nas atuais DDR2, e 8 acessos por clock nas modernas memórias DDR3. Vale aqui lembrar (aos esquecidos ou aos novatos de plantão) que é daí que advém o acrônimo dessas memórias – DDR, o qual significa “Taxa de dados dupla” (Double Data Rate). Quanto às numerações, elas querem dizer que a memória DDR é de nível 1 – DDR, nível 2 – DDR2 ou nível 3 – DDR3.

Inicialmente, os módulos DDR3 foram lançados nas versões DDR3-800 (100 MHz x 8), DDR3-1066 (133 MHz x 8) e DDR3-1333 (166 MHz x 8), seguidos pelo padrão DDR3-1600 (200 MHz x 8). Esses padrões são também chamados de (respectivamente) PC3-6400, PC3-8500, PC3-10667 e PC3-12800, nesse caso dando ênfase à taxa de transferência máxima teórica (vide tabela abaixo).

Nome Velocidade interna Tempo de acesso Velocidade do barramento Transferência de dados por segundo (MTS) Nome comercial do módulo Taxa de transferência máxima teórica
DDR3-800 100 MHz 10 ns 400 MHz 800 milhões PC3-6400 6400 MB/s
DDR3-1066 133 MHz 7,5 ns 533 MHz 1066 milhões PC3-8500 8533 MB/s
DDR3-1333 166 MHz 6 ns 667 MHz 1333 milhões PC3-10600 10667 MB/s
DDR3-1600 200 MHz 5 ns 800 MHz 1600 milhões PC3-12800 12800 MB/s

Os módulos DDR3 ainda incluem um sistema integrado de calibragem automatizada do sinal elétrico, que melhora de forma considerável a estabilidade destes, além de serem produzidos com chips dotados de transistores do tipo “dual gate” os quais oferecem uma baixa corrente de fuga. Também possuem sensores térmicos “on die”, ou seja, implementados no próprio núcleo do chip de memória o que facilita o gerenciamento da temperatura desprendida pelo módulo como um todo.

As memórias DDR3 utilizam tensão de alimentação de 1,5V, contra os 1,8V das atuais DDR2 e 2,5V das antigas DDR (vide tabela abaixo). Ainda quanto à tensão de alimentação, queremos salientar que, assim como ocorre com as atuais memórias DDR2, muitos módulos de alto desempenho podem precisar de tensões mais altas como 1,6V ou mesmo 1,7V, a fim de trabalharem em sua freqüência máxima estipulada. Os fabricantes podem ajustar a tensão de operação do módulo de memória de acordo com as necessidades do projeto além do usuário poder também utilizar tensões mais altas (se tal função estiver presente no BIOS da placa mãe), por conta própria ao fazer um overclock de memória (leia-se configurações de Setup).

Padrão da memória Número de vias Tensão de alimentação padrão
DDR 184 2,5V
DDR2 240 1,8V 2,1V
DDR3 240 1,5V

Ao contrário das DDRs clássicas, nas quais a terminação resistiva se localizava na placa mãe, nas DDR3 assim como nas atuais DDR2, o terminador resistivo (ODT – On Die Termination) está presente no próprio módulo, diminuindo assim a interferência eletromagnética. Esta é uma das características que permitem um desempenho maior tanto das memórias DDR2 quanto das modernas DDR3. Esses novos chips também possuem mais subdivisões internas (banks), na quantidade de 8. Esse conceito de subdivisão de chips em vários “bancos” internamente é muito importante para fazer uso de uma técnica chamada de “Bank Interleave”, que permite nas memórias dinâmicas que uma fração de chips possa ser recarregada (refresh) quando uma outra fração estiver sendo acessada, minimizando assim a possibilidade de acesso a um banco que esteja em processo de carga.

Os módulos DDR3 utilizam as mesmos 240 vias dos módulos DDR2 e mantém o mesmo formato, diferenciando-se umas das outras (visivelmente) no posicionamento do chanfro inferior, o qual está localizado nas atuais DDR3 mais próximo do canto do módulo (vide figuras 6, 7 e 8). Essas alterações na posição do chanfro das memórias DDR servem justamente para impedir que módulos de diferentes tecnologias (DDR, DDR2 e DDR3) sejam encaixados em placas mãe incompatíveis, ou em soquetes errados no caso de placas mãe “híbridas”, como comentado no início deste artigo.

Figura 6: módulo de memória do tipo DDR/184 pinos (observar posição do chanfro inferior).

Figura 7: módulo de memória do tipo DDR2/240 pinos (observar nova posição do chanfro inferior em relação à antiga DDR – caminhando mais para a esquerda).

Figura 8: módulo de memória do tipo DDR3/240 pinos (observar nova posição do chanfro inferior em relação às atuais DDR2 e antiga DDR – caminhando mais ainda para a esquerda).