DDRAM

Als die von Intel unterstützte Direct-Rambus-DRAM-Technik (RDRAM-Technik) Mitte 1999 durch einen Fehler im i820-Chipsatz Probleme bekam und durch den P3-FSB ihre Leistungsfähigkeit trotz hoher Preise nicht ausspielen konnte, setzte die Computerindustrie wieder auf die Weiterentwicklung von SDRAM in Form der DDR-Speichertechnik.

Erste Speicherchips sowie Mainboards mit Unterstützung für DDR-SDRAM kamen Ende 1999 auf den Markt. Erst Ende 2001 bis Anfang 2002 konnten sie sich jedoch auf dem europäischen Endverbrauchermarkt durchsetzen.

Während „normale“ SDRAM-Module bei einem Takt von 133 MHz eine Datenübertragungsrate von 1,06 GB/s bieten, arbeiten Module mit DDR-SDRAM nahezu mit der doppelten Datenrate. Möglich wird dies durch einen relativ simplen Trick: Die Datenbits werden bei der ab- und aufsteigenden Flanke des Taktsignals übertragen, statt wie bisher nur bei der aufsteigenden.

Damit das Double Data Rate Verfahren zu einer Beschleunigung führt, muss die Anzahl zusammenhängend angeforderter Daten (= „Burst-Length“) immer gleich oder größer als die doppelte Busbreite sein. Da das nicht immer der Fall sein kann, ist DDR-SDRAM im Vergleich zu einfachem SDRAM bei gleichem Takt nicht exakt doppelt so schnell. Ein weiterer Grund ist, dass Adress- und Steuersignale im Gegensatz zu den Datensignalen nur mit einer Taktflanke gegeben werden.

DDR-SDRAM Speichermodule (DIMM) besitzen 184 Kontakte/Pins (DDR2-SDRAM DIMM/DDR3-SDRAM DIMM: 240, SDRAM DIMM: 168 Kontakte).

DDR-200 bis DDR-400 sowie die damit aufgebauten PC-1600 bis PC-3200 Speichermodule sind von der JEDEC als JESD79 standardisiert - alle davon abweichenden Module orientieren sich zwar von den Bezeichnungen her an den Standards aber jeder Hersteller setzt bei den elektrischen Eigenschaften der oft als „Übertakter-Speicher“ angebotenen Module seine eigenen Spezifikationen und arbeitet oft mit exzessiver Überspannung.

Einen zusätzlichen Sicherheitsgewinn bringen die oft bei Servern eingesetzten Speichermodule mit ECC (Error Checking and Correction) oder auch Registered-Module mit Signalpuffer. Solche Speichermodule sind in allen standardisierten Taktfrequenzen erhältlich und an der zusätzlichen Bezeichnung R, ECC oder R ECC erkennbar, z.B. PC-1600R, PC-2100 ECC oder PC-2700R ECC.

DDR2-SDRAM ist eine Weiterentwicklung des Konzeptes von DDR-SDRAM bei dem statt mit einem Zweifach-Prefetch mit einem Vierfach-Prefetch gearbeitet wird.

DDR2-SDRAM Speichermodule (DIMM) besitzen 240 Kontakte/Pins (DDR3-SDRAM DIMM: ebenfalls 240, DDR-SDRAM DIMM: 184, SDRAM DIMM: 168 Kontakte).

Die Abmessungen der fertig verpackten Speicherchips sind kleiner (126 mm² statt bisher 261 mm²). Erreicht wird dies durch eine andere Verpackungstechnik: FBGA (Fine-Pitch Ball Grid Array) statt TSOP (Thin Small Outline Package).

Bei DDR2-SDRAM taktet der I/O-Puffer mit der zweifachen Frequenz der Speicherchips. Hier erhält man wie bei dem älteren DDR-Standard jeweils bei steigender als auch bei fallender Flanke des Taktsignals gültige Daten. Beim DDR-SDRAM werden mit einem Read-Kommando (mindestens) zwei aufeinanderfolgende Adressen gelesen, bei DDR2-SDRAM vier. Dies ist bedingt durch die Prefetch-Methode des jeweiligen Standards. Aus einem 128 Bit breiten DDR-Modul werden also pro Read 256 Bit gelesen aus einem vergleichbaren DDR2-Modul aber 512. Die absolute Datenmenge bleibt bei gleichem I/O-Takt von zum Beispiel 200 MHz aber identisch, da das DDR2-Modul zwei anstelle von einem Takt benötigt, um die Daten zu übertragen. DDR2 unterstützt nur 2 mögliche Burst-Längen (Anzahl an Datenwörtern die mit einem einzelnen Kommando gelesen oder geschrieben werden können), nämlich 4 (bedingt durch Vierfach-Prefetch) oder 8, DDR hingegen unterstützt 2, 4 oder 8.

Zur Erhöhung der Taktraten und zur Senkung der elektrischen Leistungsaufnahme wurde die Signal- und Versorgungsspannung von DDR2-SDRAM auf 1,8 Volt verringert (bei DDR-SDRAM sind es 2,5V). Nebenbei führt die verringerte Spannung zu einer geringeren Wärmeentwicklung. Die elektrische Leistungsaufnahme sinkt auf für den Mobilbereich akkufreundlichere 247 mW (statt bisher 527 mW).

DDR2-SDRAM Chips arbeiten mit „On-Die Termination“ (ODT). Der Speicherbus muss also nicht mehr auf der Modulplatine (oder dem Board) terminiert werden. Die Terminierungsfunktion wurde direkt in die Chips integriert, was Platz und Kosten spart. ODT arbeitet wie folgt: der Speicher-Controller sendet ein Signal auf den Bus aus, das alle inaktiven DDR2-SDRAM Chips dazu veranlasst, auf Terminierung umzuschalten. Somit befindet sich nur das aktive Signal auf der Datenleitung, Interferenzen sind so gut wie ausgeschlossen.

Um DDR2-SDRAMs nicht versehentlich in einen DDR-SDRAM Steckplatz zu stecken, wurde die Einkerbung mehr zur Mitte des Moduls verschoben.

DDR2-400 bis DDR2-800 sowie die damit aufgebauten PC2-3200 bis PC2-6400 Speichermodule sind von der JEDEC standardisiert - alle davon abweichenden Module orientieren sich zwar von den Bezeichnungen her an den Standards aber jeder Hersteller setzt bei den elektrischen Eigenschaften der oft als „Übertakter-Speicher“ angebotenen Module seine eigenen Spezifikationen und arbeitet oft mit exzessiver Überspannung.

Wie bei DDR1-SDRAM gibt es auch bei DDR2-SDRAM Registered-Module mit oder ohne ECC.

Im Zusammenhang mit DDR2-SDRAM existiert ein oft geäußertes Wandermärchen. Dieses besagt, dass DDR2-SDRAM angeblich eine höhere Bandbreite als DDR-SDRAM bietet (durch die größere I/O-Datenrate), jedoch im Gegenzug die Latenzzeit größer wird. Dies hat jedoch keine Grundlage. Im Gegenteil, die Latenz von SDRAM-Speicherchips stagniert bereits seit geraumer Zeit. Die Bandbreiten wachsen stetig (zum Beispiel von 508,62 MB/s für ein 64-Bit PC-66 DIMM mit 66 MHz SDRAM auf 4,97 GB/s für ein 64-Bit PC2-5300 DIMM mit 333 MHz DDR2-SDRAM).

Die Latenzen sinken dagegen nur theoretisch. Beispielsweise von 20 ns - 20 ns - 20 ns - 50 ns (tCL-tRCD-tRP-tRAS) bei DDR200-SDRAM auf 11,25 ns - 11,25 ns - 11,25 ns - 45 ns bei den besten DDR2-533 SDRAMs. Während die Bandbreite von DDR2-533 SDRAM also 2,67-mal höher ist als die von DDR-200 SDRAM schrumpft die Latenz noch nicht einmal theoretisch auf die Hälfte. Für die sehr kurzen Latenzzeiten von 11,25 ns muss man PC2-4200 Module mit einem 3-3-3-12er Timing verwenden. Diese sind als Markenmodul kaum zu bekommen, da die Markenhersteller schnellere Chips lieber mit mehr Erlös für höhere Taktraten verkaufen, als kurzlatenzige langsamere Module zu bauen.

Ein Großteil der DDR1-SDRAM und DDR2-SDRAM Module werden mit tCL-, tRCD- und tRP-Latenzen von um die 15 ns betrieben. Abweichungen kommen meist nur dadurch zustande, dass die Zykluszeiten nicht immer ganzzahlige Teiler von 15 erlauben.

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