Tudo o Que Vocę Precisa Saber Sobre as Arquiteturas de Memória de Dois, Tręs e Quatro Canais

Introduçăo

A memória RAM impede que o micro obtenha seu desempenho máximo. Isto acontece porque o processador é muito mais rápido do que a memória RAM e muitas vezes ele tem de ficar esperando a memória para poder entregá-la um determinado dado. Durante esse tempo de espera o processador fica ocioso, sem fazer nada (isto não é absolutamente verdade, mas vale para nossas explicações). Em um computador ideal, a velocidade da memória deve ser igual à do processador. As arquiteturas de dois, três e quatro canais são técnicas usadas para dobrar, triplicar ou quadruplicar a velocidade de comunicação entre o controlador de memória e a memória RAM, aumentando assim o desempenho do micro. Neste tutorial explicaremos tudo o que você precisa saber sobre essas tecnologias: como elas funcionam, como configurá-las, como calcular a taxa de transferência e muito mais.

Antes de prosseguirmos, vamos primeiro explicar como a memória RAM é tradicionalmente conectada ao sistema.

A memória é controlada por um circuito chamado controlador de memória. Atualmente, a maioria dos processadores tem este componente integrado, o que significa que o processador tem um barramento de memória dedicado conectando-o à memória. Em processadores antigos, no entanto, este circuito estava localizado no chipset da placa-mãe, mais especificamente no chip ponte norte (este chip também é conhecido como MCH, Memory Controller Hub, Hub Controlador de Memória). Neste caso, o processador não se comunica diretamente com a memória RAM; o processador acessa o chip ponte norte, que, por sua vez, envia as solicitações do processador à memória. A primeira opção oferece maior desempenho, já que não há um intermediário nas comunicações entre o processador e a memória. Nas Figuras 1 e 2 nós comparamos as duas abordagens.

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Figura 1: Como a memória é acessada em processadores com controlador de memória integrado

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Figura 2: Como a memória é acessada em processadores sem controlador de memória integrado

A memória RAM é conectada ao controlador de memória através de uma série de fios, coletivamente chamados “barramento de memória”. Esses fios são divididos em três grupos: dados, endereço e controle. Os fios do barramento de dados são responsáveis por transportar os dados que estão sendo lidos (ou seja, dados que estão sendo transferidos da memória para o controlador de memória) ou escritos (ou seja, transferidos do controlador de memória para a memória RAM, isto é, saindo do processador). Os fios do barramento de endereços dizem aos módulos de memória onde exatamente (isto é, em qual endereço) os dados precisam ser lidos ou armazenados. Os fios de controle enviam comandos para os módulos de memória dizendo a eles qual tipo de operação deve ser feita – por exemplo, se é uma operação de escrita (armazenamento) ou leitura. Outro fio importante presente no barramento de controle é o sinal de clock da memória.

As velocidades (clocks), capacidade máxima e tipos (DDR, DDR2, DDR3, etc) de memória que um micro aceita são definidos pelo controlador de memória. Por exemplo, se um determinado controlador de memória suporta apenas memórias DDR3 até 1.333 MHz, você não poderá instalar memórias DDR2, e se você instalar memórias DDR3 com clock acima de 1.333 MHz (por exemplo, 1.866 MHz ou 2.133 MHz), elas serão acessadas a 1.333 MHz. Há uma exceção a esta regra, que é quando a placa-mãe permite que a memória RAM seja configurada com um clock acima do suportado pelo controlador de memória. Por exemplo, os atuais processadores da Intel suportam memórias até 1.333 MHz, mas várias placas-mãe permitem aos usuários configurá-las até 2.133 MHz.

A discussão sobre clocks é realmente importante, porque eles definem a largura de banda disponível, que é o nosso próximo assunto.

Largura de Banda

Largura de banda é a taxa de transferência máxima teórica de um canal de comunicação. No caso das memórias, a largura de banda é medida em megabytes por segundo (MB/s) ou gigabytes por segundo (GB/s), ou seja, quantos milhões ou bilhões de bytes podem se transferidos por segundo, respectivamente. Um byte é um grupo de oito dígitos binários ou bits, isto é, uma sequencia de oito 0s e 1s. A largura de banda da memória pode ser obtida através seguinte fórmula:

Largura de banda = clock real x dados transferidos por pulso de clock x bits transferidos por pulso de clock / 8

As memórias baseadas na tecnologia DDR (Dual Data Rate, taxa de transferência dobrada), tais como DDR-SDRAM, DDR2-SDRAM e DDR3-SDRAM transferem dois dados por pulso de clock. Por causa disso, elas obtêm o dobro da taxa de transferência em relação às memórias tradicionais (tais como as memórias SDRAM originais) rodando com o mesmo clock. É por isso que as memórias DDR normalmente são rotuladas com o dobro do seu clock real. Por exemplo, memórias DDR3-1333 na realidade trabalham a 666,6 MHz transferindo dois dados por pulso de clock e por isso elas são rotuladas como memórias de “1.333 MHz”, apesar de o clock real não ser 1.333 MHz. Você precisará usar o clock real na fórmula acima ou pode simplificar a fórmula acima para usar o clock DDR:

Largura de banda = clock DDR x bits transferidos por pulso de clock / 8

Atualmente os módulos de memória usados são de 64 bits. Isto significa que 64 bits de dados são transferidos a cada pulso de clock. Portanto, usaremos o número “64” no lugar de “bits transferidos por pulso de clock” na fórmula acima. Com isso nós podemos simplificar a fórmula da largura de banda ainda mais:

Largura de banda = clock DDR x 8

Dito isso, nós podemos facilmente calcular a largura de banda de qualquer memória. Por exemplo, memórias DDR3-1333 têm largura de banda de 10.664 MB/s ou 10,6 GB/s, e memórias DDR3-1866 têm largura de banda de 14.928 MB/s ou 14,9 GB/s.

É muito importante notar que essas taxas de transferências são “teóricas”. Quando as calculamos estamos assumindo que uma transferência de dados ocorrerá a cada pulso de clock (ou seja, no caso da memória DDR3-1333, 1,3 bilhões de transferências aconteceriam por segundo), o que na verdade nunca acontece, já que nenhum processador ou controlador de memória está transferindo dados 100% do tempo. É por isso que quando medimos a taxa de transferência da memória usando um programa como o Sandra sempre obtemos um valor menor do que a taxa de transferência máxima teórica.

As arquiteturas de memória de dois, três e quatro canais funcionam aumentando a quantidade de fios de dados disponíveis no barramento de memória, dobrando, triplicando ou quadruplicando a largura de banda disponível, respectivamente.

É importante notar que o aumento de desempenho é obtido apenas no subsistema de memória; dobrar o desempenho teórico da memória não significa que o computador ficará duas vezes mais rápido. Apenas um pequeno percentual deste aumento de desempenho da memória refletirá no desempenho geral do micro.

Vamos agora explicar como cada uma dessas arquiteturas de memória funciona e como habilitá-las.

Arquitetura de Dois Canais

Como comentamos rapidamente na página anterior, a arquitetura de dois canais expande a quantidade de fios disponíveis no barramento de dados da memória de 64 para 128. Isto dobra a largura de banda disponível. Por exemplo, se você usa memórias DDR3-1333, a taxa de transferência máxima teórica é dobrada de 10.664 MB/s (10,6 GB/s) para 21.328 MB/s (21,3 GB/s).

Cada módulo de memória, no entanto, é um dispositivo de 64 bits. Dessa forma, para que a arquitetura de dois canais funcione, você precisará instalar dois módulos de memória em paralelo, expandindo o barramento de memória para 128 bits.

Muita gente tem dificuldade de visualizar esta ideia, por isso vamos desenhar alguns esquemas. Primeiro vamos assumir que o micro não suporte o recurso de dois canais. Neste caso, o controlador de memória transferirá 64 bits por vez. Quando dizemos que o barramento de dados da memória é de 64 bits, isto significa que existem 64 fios (sim, fios físicos na placa-mãe) conectando o controlador de memória aos soquetes de memória. Esses fios são rotulados como D0 a D63. O barramento de dados da memória é compartilhado entre todos os soquetes de memória. Os barramentos de endereços e controle ativarão o soquete apropriado dependendo do endereço onde o dado deve ser armazenado ou lido. Nós ilustramos esta ideia na Figura 3.

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Figura 3: Como o modo de canal único funciona

Em micros que suportam a tecnologia de dois canais, o barramento de dados da memória é expandido para 128 bits. Isto significa que existem 128 fios conectando o controlador de memória aos soquetes de memória. Esses fios são rotulados como D0 a D127. Como cada módulo de memória aceita apenas 64 bits por pulso de clock, dois módulos de memória são usados para preencher o barramento de dados de 128 bits. Ver Figura 4. Como os dois módulos são acessados ao mesmo tempo, eles precisam ser idênticos (mesma capacidade, mesma temporização e mesmo clock).

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Figura 4: Como o modo de dois canais funciona

Agora que você sabe como o modo de dois canais funciona, eis que surge a pergunta óbvia: “como habilitar esta arquitetura para aumentar o desempenho do meu micro?”. Vejamos.

Habilitando o Modo de Dois Canais

Para habilitar a tecnologia de dois canais você precisa ter:

Um controlador de memória com suporte à arquitetura de dois canais (praticamente todos os atuais processadores suportam esta arquitetura)
Dois ou uma quantidade par de módulos de memória; cada par de módulos deve ser idêntico
Instalar os módulos de memória nos soquetes corretos na placa-mãe que habilitarão esta arquitetura

Primeiro, o controlador de memória deve suportar a arquitetura de dois canais. Como discutimos anteriormente, processadores atuais têm este componente integrado, o que significa que praticamente todos os computadores vendidos hoje suportam esta tecnologia.

Segundo, você precisa ter uma quantidade par de módulos de memória em seu micro, já que cada par será acessado como uma única entidade. Ver Figura 4 na página anterior. Se você instalar apenas um módulo de memória, esta técnica não funcionará porque a memória continuará sendo acessada a 64 bits por pulso de clock. Em outras palavras, a arquitetura de dois canais funciona acessando dois módulos em paralelo, isto é, ao mesmo tempo. Como cada par de módulos de memória é acessado como uma única entidade pelo controlador de memória, os módulos em cada par devem ser idênticos. Cada par, no entanto, pode ter capacidade diferente. Por exemplo, você pode instalar dois módulos de 2 GB e dois módulos de 1 GB, totalizando 6 GB.

É muito importante ter isso em mente na hora de selecionar as peças para montar um micro. Digamos que você queira montar um micro com 4 GB de memória RAM. Para obter o desempenho máximo, você precisa comprar dois módulos de 2 GB para habilitar a arquitetura de dois canais. Se você comprar um único módulo de 4 GB, você terá a mesma capacidade de memória, mas a memória será acessada no modo de canal único, com metade da largura de banda disponível.

O terceiro ponto é instalar os módulos de memória nos soquetes corretos da placa-mãe. Você deve ter muito cuidado aqui, caso contrário comprará dois módulos de memória como recomendado e acabará tendo um micro acessando a memória na arquitetura de um canal.

Para facilitar nossas explicações, vamos assumir uma placa-mãe com quatro soquetes de memória e a instalação de dois módulos de memória, que é o cenário mais comum. Vamos numerar os soquetes de memória como um, dois, três e quatro.

As regras, no entanto, dependerão do tipo do seu computador. Placas-mãe para processadores Intel e AMD soquete AM3+ (e algumas placas-mãe soquete AM3) seguem uma regra, enquanto placas-mãe para os demais processadores da AMD utilizam uma regra diferente. Vejamos os dois casos.

Habilitando o Modo de Dois Canais (Intel e AMD Soquete AM3+)

Placas-mãe para processadores Intel e AMD soquete AM3+ (e algumas soquete AM3) utilizam os soquetes um e dois para o primeiro canal, e os soquetes três e quatro para o segundo canal. Para habilitar a arquitetura de dois canais, você precisará instalar um módulo no primeiro canal e um módulo no segundo canal. Se eles forem instalados no mesmo canal, serão acessados no modo de canal único. Portanto, você precisa instalar o primeiro módulo de memória no soquete um, e o segundo módulo de memória no soquete três, e não no soquete dois. Em outras palavras, você tem que pular um soquete.

Para facilitar, a maioria dos fabricantes de placas-mãe usa cores diferentes nos soquetes de memória, usando uma cor nos soquetes um e três e uma cor diferente nos soquetes dois e quatro. Desta forma, você precisa instalar os módulos de memória nos soquetes de mesma cor. Ver Figura 5.

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Figura 5: Instale módulos de memória em soquetes de mesma cor

Na Figura 6 você pode ver uma placa-mãe para um processador Intel com dois módulos de memória corretamente instalados, habilitando a arquitetura de dois canais.

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Figura 6: Modo de dois canais habilitado em um micro com processador Intel (ver o soquete vazio entre eles)

Há, no entanto, uma grande exceção. Em algumas placas-mãe antigas da MSI para processadores Intel, os soquetes um e dois são de mesma cor, enquanto os soquetes três e quatro são de outra cor. Ver Figura 7. Se você instalar os dois módulos de memória em soquetes de mesma cor neste tipo de placa-mãe, eles serão acessados no modo de único canal, não no modo de dois canais. Portanto, se você se deparar com uma placa-mãe antiga desta fabricante, você não deve seguir o esquema de cor. Você deve instalar os módulos de memória nos soquetes um e três, e eles usarão soquetes de cor diferente.

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Figura 7: Placas-mãe da MSI antigas usam um esquema de cor “errado”; não siga ele

Se você instalar quatro módulos de memória idênticos, não há regra a seguir. Basta instalar todos os quatro módulos nos quatro soquetes disponíveis.

Mas se você estiver instalando quatro módulos com capacidades diferentes, você terá de prestar atenção. O primeiro par dever ser instalado nos soquetes um e três, enquanto o segundo par deve ser instalado nos soquetes dois e quatro. Por “par” nós queremos dizer dois módulos de memória idênticos. Em outras palavras, instale o primeiro par nos soquetes de mesma cor e o segundo par nos soquetes de outra cor.

Habilitando o Modo de Dois Canais (Outros Processadores AMD)

Placas-mãe para outros processadores da AMD utilizam os soquetes um e três para o primeiro canal e os soquetes dois e quatro para o segundo canal (algumas placas-mãe soquete AM3, no entanto, seguem o esquema apresentado na página anterior). Para habilitar a arquitetura de dois canais, você tem de instalar um módulo no primeiro canal e um módulo do segundo canal. Se eles forem instalados no mesmo canal, serão acessados no modo de canal único. Portanto, você precisa instalar o primeiro módulo de memória no soquete um, e o segundo módulo de memória no soquete dois. Se você tem quatro módulos de memória, basta instalar o segundo par nos soquetes três e quatro.

A grande diferença para o que vimos antes é que, enquanto em placas-mãe para processadores Intel e processadores AMD soquete AM3+ você precisa pular o soquete dois para instalar dois módulos de memória, em placas-mãe para outros processadores AMD você precisa instalar os módulos de memória sequencialmente.

Para facilitar, a maioria dos fabricantes de placas-mãe usa cores diferentes nos soquetes de memória, usando uma cor nos soquetes um e dois e uma cor diferente nos soquetes três e quatro. Desta forma, você precisa instalar os módulos de memória nos soquetes de mesma cor. Ver Figura 8.

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Figura 8: Instale módulos de memória em soquetes de mesma cor

Na Figura 9 você pode ver uma placa-mãe para um processador AMD com dois módulos de memória corretamente instalados, habilitando a arquitetura de dois canais.

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Figura 9: Modo de dois canais habilitado em um micro com processador AMD (módulos instalados sequencialmente)

Arquitetura de Tręs Canais

Como você pode deduzir pelo nome, a arquitetura de três canais triplica a largura de banda disponível. Isto é feito aumentando o barramento de dados da memória para 192 bits, o que é feito acessando-se três módulos de memória ao mesmo tempo.

Atualmente, este modo está disponível apenas em processadores Intel soquete 1366 (LGA1366). Isto significa que você só pode habilitar este modo em placas-mãe e processadores Core i7 que utilizam este soquete. Esses processadores só aceitam memórias DDR3 até 1.066 MHz.

Você precisará, é claro, de três módulos de memória idênticos. Seis módulos podem ser usados em placas-mãe com seis soquetes de memória, e cada grupo de três módulos pode ter capacidade diferente, mas os módulos dentro do mesmo grupo precisam ser idênticos. Se você instalar dois módulos de memória, eles serão acessados no modo de dois canais, e você não obterá o desempenho máximo que o sistem pode entregar.

Há dois tipos de placas-mãe soquete 1366 no mercado, aquelas com quatro soquetes de memória e aquelas com seis ou mais soquetes de memória.

Em placas-mãe com quatro soquetes de memória, você deve instalar os módulos sequencialmente, em soquetes de mesma cor. Na verdade, é estranho que essas placas-mãe tenham quatro soquetes de memória, já que se você instalar um módulo de memória no quarto soquete ele será acessado no modo de canal único. Portanto, o quarto módulo ficará vazio. Ver Figura 10.

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Figura 10: Placa-mãe soquete 1366 com quatro soquetes de memória

Placas-mãe com seis soquetes de memória utilizam o esquema tradicional usado por placas-mãe para processadores Intel. Você deve instalar os módulos de memória no primeiro, terceiro e quinto soquetes de memória, e esses soquetes normalmente têm a mesma cor, enquanto os soquetes dois, quatro e seis terão uma cor diferente. Portanto, basta instalar os módulos de memória em soquetes de mesma cor. Ver Figuras 11 e 12.

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Figura 11: Instale módulos de memória em soquetes de mesma cor

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Figura 12: Modo de três canais habilitado em uma placa-mãe soquete 1366 com seis soquetes de memória

Se você instalar seis módulos de memória, o segundo grupo de módulos deve ser instalado nos soquetes dois, quatro e seis, a menos que todos os seis módulos sejam idênticos, caso em que você preencherá todos os seis soquetes de memória e não precisará se preocupar em que soquetes usar.

Arquitetura de Quatro Canais

A arquitetura de quatro canais quadruplica a largura de banda disponível. Isto é feito aumentando o barramento de dados da memória para 256 bits, o que é feito acessando quatro módulos de memória ao mesmo tempo.

Atualmente este modo está disponível apenas em processadores Intel soquete 2011 (LGA2011). Isto significa que você só pode habilitar este modo em placas-mãe e processadores Core i7 que utilizam este soquete. Esses processadores aceitam memórias DDR3 até 2.133 MHz.

Você precisará, é claro, de quatro módulos de memória idênticos. Oito módulos podem ser usados em placas-mãe com oito soquetes de memória, e cada grupo de quatro módulos pode ter capacidade diferente, mas os módulos dentro do mesmo grupo precisam ser idênticos. Se você instalar apenas dois módulos, eles serão acessados no modo de dois canais, e se você instalar três módulos, eles serão acessados no modo de três canais. Obviamente nesses casos você não obterá o desempenho máximo que o seu sistema é capaz de fornecer.

Há dois tipos de placas-mãe soquete 2011 no mercado, aquelas com quatro soquetes de memória e aquelas com oito ou mais soquetes de memória.

Em placas-mãe com quatro soquetes de memória, você deve preencher todos os soquetes disponíveis.

Placas-mãe com oito soquetes de memória utilizam o esquema tradicional usado por placas-mãe para processadores Intel. Você deve instalar os módulos de memória no primeiro, terceiro, quinto e sétimo soquetes de memória, e esses soquetes normalmente têm a mesma cor, enquanto os soquetes dois, quatro, seis e oito usam uma cor diferente. Portanto, basta instalar os módulos de memória em soquetes de mesma cor. Em placas-mãe soquete 2011, normalmente metade dos soquetes está localizada em um dos lados do processador, enquanto que a outra metade está localizada no lado oposto. Ver Figuras 13 e 14.

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Figura 13: Instale módulos de memória em soquetes de mesma cor

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Figura 14: Modo de quatro canais habilitado em uma placa-mãe soquete 2011 com oito soquetes de memória

Se você instalar oito módulos de memória, o segundo grupo de módulos deve ser instalado nos soquetes dois, quatro, seis e oito, a menos que todos os oito módulos sejam idênticos, onde você preencherá todos os oito soquetes de memória e não precisará se preocupar em que soquetes usar.

Verificando a Instalaçăo

Após a instalação dos seus módulos de memória o passo final é verificar se eles estão realmente trabalhando no modo de dois, três ou quatro canais.

Atualmente a maioria das placas-mães mostra esta informação durante o POST, que é a tela que aparece assim que você liga o micro contendo algumas informações. Procure por frases como “Dual Channel” ou “Single Channel”. Ver Figura 15.

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Figura 15: Micro com o modo de dois canais corretamente habilitado (veja “at Dual Channel”)

Outra forma de verificar isto é rodando um programa de identificação de hardware. Nós recomendamos a utilização do programa CPU-Z. Neste programa, veja as informações referentes à memória na guia Memory, em “Channels #”. Ver Figura 16. Nesta mesma tela você pode verificar o clock real e as temporizações da memória. Lembre-se que o clock real é metade do clock anunciado pela memória. Em nosso exemplo (Figura 16) as memórias estavam sendo acessadas a 333 MHz, ou seja, a “667 MHz”. Este é um bom lugar para verificar se as memórias estão sendo acessadas com a velocidade máxima suportada. Se não estiver, você precisa verificar o que há de errado (normalmente uma configuração errada no setup do micro ou uma limitação do processador ou chipset). Dica: alguns processadores Athlon X2 têm um problema onde as memórias não podem ser acessadas em sua velocidade máxima, clique aqui para mais informações.

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Figura 16: Micro com o modo de dois canais corretamente habilitado (observe a palavra “Dual” em “Channels #”)

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