ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية DDR3

في سبتمبر 2012، أصدرت JEDEC المواصفات النهائية لـ DDR4. ^{[ 8 ]} تشمل المزايا الرئيسية لـ DDR4 مقارنة بـ DDR3 نطاقًا قياسيًا أعلى لترددات الساعة ومعدلات نقل البيانات ^{[ 9 ]} وجهدًا أقل بكثير .

مقارنة فيزيائية بين ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية المتزامنة DDR و DDR2 و DDR3

أجهزة الكمبيوتر المكتبية (DIMM)

أجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة الكمبيوتر القابلة للتحويل (SO-DIMM)

تستهلك ذاكرة DDR3 طاقة أقل مقارنةً بذاكرة DDR2. ويقترح بعض المصنّعين استخدام ترانزستورات "ثنائية البوابة" لتقليل تسرب التيار. ^{[ 10 ]}

وفقًا لمعايير JEDEC ، ^{[ 11 ] : 111،} يُعتبر 1.575 فولت الحد الأقصى المطلق عندما يكون استقرار الذاكرة هو الاعتبار الأهم، كما هو الحال في الخوادم أو الأجهزة الأخرى ذات المهام الحرجة. بالإضافة إلى ذلك، تنص JEDEC على أن وحدات الذاكرة يجب أن تتحمل جهدًا يصل إلى 1.80 فولت ^{[ أ ]} قبل أن تتعرض لتلف دائم، على الرغم من أنها ليست ملزمة بالعمل بشكل صحيح عند هذا المستوى. ^{[ 11 ] : 109}

ومن المزايا الأخرى ذاكرة التخزين المؤقت المسبق ، التي تتسع لثماني عمليات نقل بيانات. في المقابل، تتسع ذاكرة التخزين المؤقت المسبق في DDR2 لأربع عمليات نقل بيانات، بينما تتسع ذاكرة التخزين المؤقت المسبق في DDR لعمليتي نقل بيانات فقط. وتُعد هذه الميزة تقنية أساسية في سرعة نقل البيانات في DDR3.

تستطيع وحدات DDR3 نقل البيانات بمعدل يتراوح بين 800 و2133 ميجا نقلة /ثانية باستخدام الحافتين الصاعدة والهابطة لساعة إدخال/إخراج بتردد يتراوح بين 400 و1066 ميجاهرتز . وهذا ضعف معدل نقل البيانات في وحدات DDR2 (400-1066 ميجا نقلة/ثانية باستخدام ساعة إدخال/إخراج بتردد يتراوح بين 200 و533 ميجاهرتز)، وأربعة أضعاف معدل وحدات DDR (200-400 ميجا نقلة/ثانية باستخدام ساعة إدخال/إخراج بتردد يتراوح بين 100 و200 ميجاهرتز). وكانت الرسومات عالية الأداء من أهم العوامل الدافعة وراء متطلبات النطاق الترددي العالية هذه، حيث يتطلب الأمر نقل بيانات عالي النطاق الترددي بين مخازن الإطارات .      

لأن الهرتز وحدة قياس لعدد الدورات في الثانية، ولا توجد دورة إشارة تتجاوز عدد دورات كل عملية نقل أخرى، فإن وصف معدل النقل بوحدات الميغاهرتز غير دقيق من الناحية التقنية، على الرغم من شيوعه. كما أنه مضلل لأن توقيتات الذاكرة المختلفة تُعطى بوحدات دورات الساعة، وهي نصف سرعة نقل البيانات.

تستخدم ذاكرة DDR3 نفس معيار الإشارة الكهربائية المستخدم في ذاكرة DDR وDDR2، وهو منطق إنهاء السلسلة Stub ، وإن كان ذلك بتوقيتات وفولتيات مختلفة. تحديدًا، تستخدم ذاكرة DDR3 معيار SSTL_15. ^{[ 13 ]}

في فبراير 2005، عرضت سامسونج أول نموذج أولي لذاكرة DDR3، بسعة 512 ميجابايت وعرض نطاق ترددي 1.066 جيجابت في الثانية . ^{[ 2 ]} ظهرت منتجات على شكل لوحات أم في الأسواق في يونيو 2007 ^{[ 14 ]،} معتمدة على شريحة P35 "Bearlake" من إنتل ، مع وحدات DIMM بعرض نطاق ترددي يصل إلى DDR3-1600 (PC3-12800). ^{[ 15 ]} يتصل معالج Intel Core i7 ، الذي صدر في نوفمبر 2008، بالذاكرة مباشرةً دون الحاجة إلى شريحة. في البداية، دعمت معالجات Core i7 وi5 وi3 ذاكرة DDR3 فقط. أما معالجات AMD Phenom II X4 ذات مقبس AM3 ، التي صدرت في فبراير 2009، فكانت أول معالجات تدعم DDR3 (مع استمرار دعم DDR2 للتوافق مع الإصدارات السابقة).  

تحتوي وحدات ذاكرة DDR3 ثنائية الخط (DIMMs) على 240 طرفًا، وهي غير متوافقة كهربائيًا مع DDR2. يمنع شق المفتاح - الموجود بشكل مختلف في وحدات DDR2 وDDR3 DIMMs - تبديلها عن طريق الخطأ. لا يقتصر الاختلاف على تصميم المفتاح فحسب، بل إن DDR2 تحتوي على شقوق دائرية على الجانب، بينما تحتوي وحدات DDR3 على شقوق مربعة. ^{[ 16 ]} تحتوي وحدات DDR3 SO-DIMMs على 204 أطراف. ^{[ 17 ]}

بالنسبة لبنية Skylake الدقيقة ، صممت إنتل أيضًا حزمة SO-DIMM تُسمى UniDIMM ، والتي تدعم استخدام رقائق DDR3 أو DDR4. وبذلك، يمكن لوحدة تحكم الذاكرة المدمجة في المعالج العمل مع أيٍّ منهما. يكمن الغرض من UniDIMM في تسهيل الانتقال من DDR3 إلى DDR4، حيث قد يُفضّل تغيير نوع ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) نظرًا لانخفاض الأسعار وتوافرها. تتميز UniDIMM بنفس أبعاد وعدد دبابيس وحدات SO-DIMM العادية من نوع DDR4، ولكن موضع الشق مختلف لتجنب استخدامها عن طريق الخطأ في مقبس SO-DIMM غير متوافق من نوع DDR4. ^{[ 18 ]}

تكون زمن استجابة ذاكرة DDR3 أعلى عدديًا لأن دورات ساعة ناقل الإدخال/الإخراج التي تُقاس بها أقصر؛ أما الفاصل الزمني الفعلي فهو مشابه لزمن استجابة ذاكرة DDR2، حوالي 10  نانوثانية. ويُعزى هذا التحسن جزئيًا إلى استخدام ذاكرة DDR3 لعمليات تصنيع أحدث، ولكن هذا التحسن ليس ناتجًا بشكل مباشر عن الانتقال إلى ذاكرة DDR3.

 زمن استجابة CAS  (نانو ثانية) = 1000 × CL  (دورة) ÷  تردد الساعة  (ميجاهرتز) = 2000 × CL (دورة) ÷ معدل  النقل (MT/ثانية)  

بينما كانت فترات الكمون النموذجية لجهاز JEDEC DDR2-800 هي 5-5-5-15 (12.5  نانوثانية)، فإن بعض فترات الكمون القياسية لأجهزة JEDEC DDR3 تشمل 7-7-7-20 لـ DDR3-1066 (13.125  نانوثانية) و 8-8-8-24 لـ DDR3-1333 (12  نانوثانية).

كما هو الحال مع أجيال الذاكرة السابقة، أصبحت ذاكرة DDR3 الأسرع متاحة بعد إصدار النسخ الأولية.  توفرت ذاكرة DDR3-2000 بزمن استجابة 9-9-9-28 (9 نانوثانية) في الوقت المناسب لتتزامن مع إصدار معالج Intel Core i7 في أواخر عام 2008، ^{[ 19 ]} بينما أتاحت التطورات اللاحقة ذاكرة DDR3-2400 على نطاق واسع (بزمن استجابة 9-12  دورة = 7.5-10  نانوثانية)، وسرعات تصل إلى DDR3-3200 (بزمن استجابة 13  دورة = 8.125  نانوثانية).

يختلف استهلاك الطاقة لرقائق ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية المتزامنة (SDRAM) الفردية (أو وحدات DIMM) تبعًا لعدة عوامل، منها السرعة ونوع الاستخدام والجهد الكهربائي، وغيرها. يُشير برنامج Dell Power Advisor إلى أن  وحدات DIMM من نوع DDR1333 بسعة 4 جيجابايت تستهلك حوالي 4  واط لكل منها. ^{[ 20 ]}  في المقابل، تستهلك وحدة DIMM من نوع DDR3/1600 بسعة 8 جيجابايت، وهي وحدة حديثة مُخصصة لأجهزة الكمبيوتر المكتبية، 2.58  واط فقط، على الرغم من كونها أسرع بكثير. ^{[ 21 ]}

* optional

DDR3-xxx denotes data transfer rate, and describes DDR chips, whereas PC3-xxxx denotes theoretical bandwidth (with the last two digits truncated), and is used to describe assembled DIMMs. Bandwidth is calculated by taking transfers per second and multiplying by eight. This is because DDR3 memory modules transfer data on a bus that is 64 data bits wide, and since a byte comprises 8 bits, this equates to 8 bytes of data per transfer.

With two transfers per cycle of a quadrupled clock signal, a 64-bit wide DDR3 module may achieve a transfer rate of up to 64 times the memory clock speed. With data being transferred 64 bits at a time per memory module, DDR3 SDRAM gives a transfer rate of (memory clock rate) × 4 (for bus clock multiplier) × 2 (for data rate) × 64 (number of bits transferred) / 8 (number of bits in a byte). Thus with a memory clock frequency of 100 MHz, DDR3 SDRAM gives a maximum transfer rate of 6400 MB/s.

The data rate (in MT/s) is twice the I/O bus clock (in MHz) due to the double data rate of DDR memory. As explained above, the bandwidth in MB/s is the data rate multiplied by eight.

CL – CAS Latencyclock cycles, between sending a column address to the memory and the beginning of the data in response

tRCD – Clock cycles between row activate and reads/writes

tRP – Clock cycles between row precharge and activate

Fractional frequencies are normally rounded down, but rounding up to 667 is common because of the exact number being 6662⁄3 and rounding to the nearest whole number. Some manufacturers also round to a certain precision or round up instead. For example, PC3-10666 memory could be listed as PC3-10600 or PC3-10700.^[23]

Note: All items listed above are specified by JEDEC as JESD79-3F.^{[11]:157–165}All RAM data rates in-between or above these listed specifications are not standardized by JEDEC—often they are simply manufacturer optimizations using higher-tolerance or overvolted chips. Of these non-standard specifications, the highest speeds would reach up to DDR3-3200.^[24]

تسمية بديلة: غالبًا ما تُسمى وحدات DDR3 بشكل خاطئ بالبادئة PC (بدلاً من PC3) لأسباب تسويقية، متبوعة بمعدل نقل البيانات. وفقًا لهذا الاصطلاح، يُدرج PC3-10600 باسم PC1333. ^{[ 25 ]}

تستخدم ذاكرة DDR3 تقنية الكشف عن وجود البيانات عبر المنفذ التسلسلي . ^{[ 26 ]} تُعدّ تقنية الكشف عن وجود البيانات عبر المنفذ التسلسلي (SPD) طريقةً قياسيةً للوصول التلقائي إلى معلومات حول وحدة ذاكرة الحاسوب ، باستخدام واجهة تسلسلية. وتُستخدم عادةً أثناء اختبار التشغيل الذاتي لتكوين وحدات الذاكرة تلقائيًا.

يُعدّ معيار DDR3L ( DDR3 منخفض الجهد) ملحقًا لمعيار JESD79-3 لأجهزة ذاكرة DDR3، ويُحدد مواصفات الأجهزة منخفضة الجهد. ^{[ 31 ]} يعمل معيار DDR3L بجهد 1.35  فولت، ويُطلق على وحداته اسم PC3L . ومن الأمثلة على ذلك: DDR3L-800 (PC3L-6400)، وDDR3L-1066 (PC3L-8500)، وDDR3L-1333 (PC3L-10600)، وDDR3L-1600 (PC3L-12800). تتوافق الذاكرة المُحددة وفقًا لمواصفات DDR3L وDDR3U مع معيار DDR3 الأصلي، ويمكن تشغيلها إما بالجهد المنخفض أو بجهد 1.50 فولت. ^{[ 32 ]} مع ذلك، فإن الأجهزة التي تتطلب DDR3L صراحةً، والتي تعمل بجهد 1.35  فولت، مثل الأنظمة التي تستخدم إصدارات محمولة من معالجات Intel Core من الجيل الرابع، لا تتوافق مع  ذاكرة DDR3 بجهد 1.50 فولت. ^{[ 33 ]} يختلف DDR3L عن معيار ذاكرة LPDDR3 المحمولة وهو غير متوافق معه.

معيار DDR3U ( DDR3 U ذو الجهد المنخفض للغاية) هو 1.25  فولت ويحمل علامة PC3U لوحداته. ^{[ 34 ]}

أعلنت جمعية JEDEC لتكنولوجيا الحالة الصلبة عن نشر JEDEC DDR3L في 26 يوليو 2010 ^{[ 35 ]} وDDR3U في أكتوبر 2011. ^{[ 36 ]}

• إدخال دبوس إعادة الضبط غير المتزامن
• دعم تعويض وقت الرحلة على مستوى النظام
• مخطط توصيل دبابيس ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM) المتوافق مع تقنية المرآة على وحدة DIMM
• إدخال زمن استجابة كتابة CWL (CAS write latency) لكل نبضة ساعة
• محرك معايرة الإدخال/الإخراج على الشريحة
• معايرة القراءة والكتابة
• تتيح ميزة إنهاء البيانات الديناميكية (ODT) قيم إنهاء مختلفة لعمليات القراءة والكتابة.

• ناقل أوامر/عناوين/تحكم سريع مع إنهاء على وحدة الذاكرة DIMM
• مقاومات معايرة عالية الدقة
• غير متوافقة مع الإصدارات السابقة - وحدات DDR3 لا تتناسب مع مقابس DDR2؛ قد يؤدي إجبارها على ذلك إلى تلف DIMM و/أو اللوحة الأم ^{[ 37 ]}

• أداء نطاق ترددي أعلى، يصل إلى 2133 ميجا نقلة/ثانية وفقًا للمعايير القياسية
• تحسن طفيف في زمن الاستجابة، كما تم قياسه بالنانو ثانية
• أداء أعلى مع استهلاك منخفض للطاقة (عمر بطارية أطول في أجهزة الكمبيوتر المحمولة)
• ميزات محسّنة لتوفير الطاقة