Tudo o Que Você Precisa Saber Sobre Memórias DDR, DDR2 e DDR3
28/08/2009 às 17h30min por Gabriel Torres em Memória

Introdução

Neste tutorial exploraremos as principais diferenças técnicas entre as memórias DDR, DDR2 e DDR3. Aproveite!.

Antes de começarmos a falar especificamente sobre cada um dos tipos de memória, você precisa saber que 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.


Figura 1: Sinal de clock e modo DDR.

É muito importante notar que esses 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 (na realidade a conta é feita multiplicando-se por 64 e dividindo-se por oito; como 64 / 8 = 8, podemos simplesmente multiplicar por oito para obtermos o mesmo resultado). 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.

É realmente importante entender que esses valores são máximos teóricos e eles nunca são obtidos. Isto acontece porque na conta estamos assumindo que a memória enviará dados para o controlador de memória a cada pulso de clock, o que simplesmente não acontece. O controlador de memória e a memória precisam trocar comandos (por exemplo, um comando instruindo a memória para fornecer um dado armazenado em determinada posição) e durante este tempo a memória não estará transferindo dados.

Agora que você sabe o básico sobre as memórias DDR, vamos falar sobre as diferenças entre as três gerações existentes.

Velocidades

Uma das principais diferenças entre as memórias DDR, DDR2 e DDR3 é a maior taxa de transferência que cada geração consegue fornecer. Abaixo nós listamos 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 em 33 e 66 MHz são na verdade dizimas periódicas (33,3333 e 66,6666, respectivamente)..

Memória

Clock Real

Taxa de Transferência Máxima Teórica

Módulo de Memória

DDR200

100 MHz

1.600 MB/s

PC-1600

DDR266

133 MHz

2.133 MB/s

PC-2100

DDR333

166 MHz

2.666 MB/s

PC-2700

DDR400

200 MHz

3.200 MB/s

PC-3200

DDR2-400

200 MHz

3.200 MB/s

PC2-3200

DDR2-533

266 MHz

4.266 MB/s

PC2-4200

DDR2-667

333 MHz

5.333 MB/s

PC2-5300

DDR2-800

400 MHz

6.400 MB/s

PC2-6400

DDR2-1066

533 MHz

8.533 MB/s

PC2-8500

DDR3-800

400 MHz

6.400 MB/s

PC3-6400

DDR3-1066

533 MHz

8.500 MB/s

PC3-8500

DDR3-1333

666 MHz

10.666 MB/s

PC3-10600

DDR3-1600

800 MHz

12.800 MB/s

PC3-12800

Tensões de Alimentação

As memórias DDR3 necessitam de uma tensão de alimentação menor do que as memórias DDR2, que por sua vez necessitam de uma tensão de alimentação menor do que as memórias DDR. Isto significa que as memórias DDR3 consomem menos energia do que as memórias DDR2, que por sua vez consomem menos energia do que as memórias DDR..

Tipicamente as memórias DDR são alimentadas com 2,5 V, 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 podem se tornar comum no futuro). Alguns módulos de memória podem necessitar tensões de alimentação maiores do que as listadas na tabela abaixo. Isto acontece especialmente com memórias que trabalham com clocks maiores do que os oficiais (por exemplo, memórias para overclock).

Tecnologia

Tensão de Alimentação Típica

DDR

2,5 V

DDR2

1,8 V

DDR3

1,5 V

Latência

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 você deve sempre procurar por módulos de memória com a menor latência possível..


Figura 2: Latência.

As memórias DDR3 têm latências maiores do que as memórias DDR2, que por sua vez têm latências maiores do que as memórias DDR. 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. Abaixo nós resumimos os valores mais comuns de latências.

Tecnologia

Latência Típica

Outras Latências Disponíveis

DDR

3

2, 2,5

DDR2

5

3, 4

DDR3

7

6, 8, 9

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

Por exemplo, 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.

Ao comparar módulos com clocks diferentes você precisa fazer algumas contas para poder comparar as latências. Preste atenção que estamos falando 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 simples, período = 1 / frequência (note que você precisa usar o clock real e não o clock DDR nesta fórmula; para facilitar as coisas nós compilamos uma tabela de referência abaixo). Portanto, supondo uma memória DDR2-800 com CL 5, a espera inicial será de 12,5 ns (2,5 ns x 5). Agora suponha uma memória DDR3-1333 com CL 7. Com esta memória cada pulso de clock tem um período de 1,5 ns (veja na tabela baixo), portanto o tempo de espera (latência) será de 10,5 ns (1,5 ns x 7). Portanto apesar de a latência desta memória DDR3 parecer ser maior (7 vs. 5), o tempo de espera é, na verdade, menor. Portanto não saia por aí achando que as memórias DDR3 têm latências piores do que as memórias DDR2: isto dependerá do clock que você estiver falando.

Clock DDR

Clock Real

Período do Clock

200 MHz

100 MHz

10 ns

266 MHz

133 MHz

7,5 ns

333 MHz

166 MHz

6 ns

400 MHz

200 MHz

5 ns

533 MHz

266 MHz

3,75 ns

666 MHz

333 MHz

3 ns

800 MHz

400 MHz

2,5 ns

1.066 MHz

533 MHz

1,875 ns

1.333 MHz

666 MHz

1,5 ns

1.600 MHz

800 MHz

1,25 ns

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. Veja os exemplos nas Figuras 3 e 4. Se você quiser saber o que cada um dos outros números significa leia nosso tutorial Entendendo as Temporizações das Memórias RAM.


Figura 3: DDR2-1066 com CL 5.


Figura 4: DDR3-1066 com CL 7.

Pré-busca

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 que estamos nos referindo 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, no entanto, a memória trabalha de uma maneira um pouco diferente.

Para entender melhor esta ideia vamos comparar chips de memória DDR-400, DDR2-400 e DDR3-400 (nós sabemos que memórias DDR3-400 não existem; incluímos na comparação apenas para efeitos didáticos). Esse três chips trabalham externamente a 200 MHz transferindo dois dados por pulso de clock, obtendo um desempenho externo como se estivessem trabalhando a 400 MHz. Internamente, no entanto, 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).


Figura 5: Entendendo a pré-busca.

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).

Terminação Resistiva

Nas memórias DDR a terminação resistiva necessária está localizada na placa-mãe, enquanto que nas memórias DDR2 e DDR3 esta terminação está localizada dentro dos chips de memória – técnica chamada ODT, On-Die Termination..

Isto é feito para fazer com que os sinais fiquem mais “limpos”. Na Figura 5 você pode ver o sinal que chega no chip de memória. No lado esquerdo você ver os sinais em um micro que usa terminação na placa-mãe (memórias DDR) e no lado direito você ver os sinais em um micro que usa terminação dentro dos chips (memórias DDR2 e DDR3). Mesmo um leigo pode facilmente notar que os sinais no lado direito são mais limpos e estáveis do que os sinais do lado esquerdo. No quadrado amarelo você pode comparar a diferença na janela de tempo – esta janela é o tempo que a memória tem que ler ou escrever dados. Com o uso da terminação embutida no chip esta janela é maior, permitindo que clocks mais elevados sejam obtidos já que a memória tem mais tempo para ler ou escrever dados.


Figura 6: Comparação entre terminação na placa-mãe e terminação embutida no chip da memória.

Aspecto Físico

Finalmente nós temos as diferenças no aspecto físico. Você compra chips de memória já soldados em uma placa de circuito impresso chamada “módulo de memória”. Os módulos para cada geração de memória DDR são fisicamente diferentes e você não conseguirá instalar um módulo DDR2 em uma soquete DDR3, por exemplo. A menos que sua placa-mãe tenha soquetes DDR2 e DDR3 ao mesmo tempo (apenas alguns modelos suportam ambos os tipos) você não 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). 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..

Módulo de Memória

Quantidade de Pinos

DDR

184

DDR2

240

DDR3

240


Figura 7: Diferença entre os contados de borda das memórias DDR e DDR2.


Figura 8: Diferença entre os contados de borda das memórias DDR2 e DDR3.

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. Na Figura 9 você pode ver como um chip TSOP em um módulo DDR se parece, enquanto que na Figura 10 você ver como um chip BGA em um módulo DDR2 se parece.


Figura 9: Chips DDR quase sempre utilizam encapsulamento TSOP.


Figura 10: Chips DDR2 e DDR3 utilizam encapsulamento BGA.

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

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