Memórias DDR3: avanços e popularização

Publicado em 16/02/2010 – 13:14
por Carlos Morimoto

Podemos dizer que as memórias DDR2 atingiram seu pico evolutivo nos módulos DDR2-1066, que é o último padrão reconhecido pelo JEDEC. Naturalmente, é possível encontrar módulos mais rápidos no mercado, como os módulos DDR2-1200 "SLI-Ready" marqueteados pela nVidia e os módulos DDR2-1333 (produzidos em pequenos volumes por vários fabricantes), mas eles são consideravelmente mais caros e o ganho de desempenho na prática é pequeno. Oficialmente, eles são apenas módulos DDR2-1066 overclocados, já que não existem padrões para módulos DDR2-1200 e DDR2-1333 certificados pelo JEDEC.

Considerando que em um módulo DDR2-1066 as células de memória operam a nada menos que 266 MHz (uma evolução expressiva em relação aos módulos PC-100 e PC-133 do começo do milênio, onde as células operavam a apenas 100 ou 133 MHz), não é de se estranhar que os fabricantes tenham enfrentado dificuldades a partir daí.

A solução veio com as memórias DDR3, que mais uma vez duplicaram a frequência efetiva dos módulos, realizando agora 8 transferências por ciclo de clock, contra as 4 transferências do DDR2. A grande sacada é que o aumento na frequência é (novamente) obtido através do acesso simultâneo a endereços adjacentes e não através do aumento da frequência real das células de memória, o que permitiu estender o uso das células de 133 a 266 MHz por mais uma geração.

Em um módulo DDR3-1066, por exemplo, as células de memória operam a apenas 133 MHz, com os buffers de dados operando a 266 MHz e realizando 4 transferências por ciclo, resultando em uma frequência efetiva de 1066 MHz. Quando eventualmente forem produzidos módulos DDR3 com células operando a 266 MHz, a frequência efetiva será de impressionantes 2133 MHz.

Inicialmente, os módulos DDR3 foram lançados em versão DDR3-1066 (133 MHz x 8) e DDR3-1333 (166 MHz x 8), seguidos pelo padrão DDR3-1600 (200 MHz x 8). Os três padrões são também chamados de (respectivamente) PC3-8500, PC3-10667 e PC3-12800, nesse caso dando ênfase à taxa de transferência teórica:

DDR3-1066 (133 MHz) = PC3-8500
DDR3-1333 (166 MHz) = PC3-10667
DDR3-1666 (200 MHz) = PC3-12800

Apesar do aumento no número de transferências por ciclo, os buffers de dados continuam trabalhando a apenas o dobro da frequência das células de memória. Ou seja, a frequência interna (das células de memória) de um módulo DDR3-1600 é de 200 MHz e a frequência externa (dos buffers de dados) é de 400 MHz. As células de memória realizam 8 transferências por ciclo de clock (em vez de 4, como nas DDR2) e os buffers de dados (que operam ao dobro da frequência) realizam 4 transferências por ciclo de clock, em vez de apenas duas, como nos módulos DDR2.

Se as mudanças parassem por aí, os módulos DDR3 não ofereceriam ganhos muito grandes na prática, pois o tempo de latência inicial continuaria sendo o mesmo que nos módulos DDR2 (já que não houve mudança na frequência das células de memória). Se um módulo DDR3 operasse com tempos de acesso 10-10-10-30, os ganhos seriam pequenos em relação a um DDR2 5-5-5-15, já que só haveria ganho nos acessos subsequentes.
Para evitar isso, os módulos DDR3 incluem um sistema integrado de calibragem do sinal, que melhora de forma considerável a estabilidade dos sinais, possibilitando o uso de tempos de latência mais baixos, sem que a estabilidade seja comprometida.

Os módulos DDR3 utilizam também 8 bancos em vez de 4, o que ajuda a reduzir o tempo de latência em módulos de grande capacidade. Elas também trouxeram uma nova redução na tensão usada, que caiu para apenas 1.5V, ao invés dos 1.8V usados pelas memórias DDR2. A redução na tensão faz com que o consumo elétrico dos módulos caia proporcionalmente, o que os torna mais atrativos para os fabricantes de notebooks.

Somadas todas essas melhorias, os tempos de acesso "reais" dos módulos foram sensivelmente reduzidos. Em vez de de trabalharem com tempos de acesso 10-10-10-30, a geração inicial de módulos DDR3 é capaz de trabalhar com temporização 9-9-9-24, ou mesmo 7-7-7-15.

O primeiro chipset a incluir suporte às memórias DDR3 foi o Intel P35, lançado em 2007. Em vez em cometer o mesmo erro que cometeu ao lançar o Pentium 4, quando tentou forçar o uso das memórias Rambus, a Intel adotou uma postura conservadora, equipando o P35 com suporte simultâneo a memórias DDR3 e DDR2 e deixando que os fabricantes de placas escolhessem qual das duas tecnologias utilizar.

Como era de se imaginar, todas as placas mainstream e de baixo custo passaram a suportar exclusivamente memórias DDR2 (que eram muito mais baratas), com as memórias DDR3 ficando relegadas ao mercado de alto desempenho. Isso continuou ao longo de 2008 e 2009, com a mesma fórmula sendo repetida no chipset P45 e nos lançamentos subsequentes.

Isso fez com que a procura pelos módulos DDR3 continuasse fraca e os preços continuassem altos. Para complicar, os primeiros módulos DDR3 não ofereciam um ganho de desempenho tangível em relação aos DDR2 na plataforma soquete 775. Embora a frequência efetiva fosse mais baixa, os módulos DDR2 trabalhavam com tempos de acesso mais baixos, o que fazia com que a competição fosse acirrada, com os DDR2 se saindo melhor em muitas situações.

Isso levou os fabricantes de memória a apostarem na produção de módulos de alto desempenho, em uma corrida armamentista que deu origem a módulos overclocados, capazes de trabalhar a 2000 MHz ou mais (frequência efetiva), mas que em compensação utilizavam tensões de até 2.0V, muito acima dos 1.5V recomendados. Embora vendidos em pequenas quantidades, estes módulos lideravam os benchmarks e por isso recebiam uma atenção desproporcional.

Um bom exemplo dessa época insana são estes módulos DDR3-2000 (9-9-9-24) da G.Skill, que utilizam tensão de 1.9V e são equipados com um cooler ativo (ligado ao módulo através de um heat-pipe) para manter a temperatura de operação em níveis aceitáveis:

Eles não eram apenas caros (o kit com dois módulos de 2 GB custava nada menos que US$ 300 na época de lançamento), mas a tensão fazia com que a vida útil fosse reduzida, com muitos módulos apresentando defeitos prematuros depois de alguns meses de uso, um problema que atingiu também módulos de outros fabricantes.
A Intel resolveu colocar ordem no galinheiro com o lançamento do Core i7, limitando o suporte oficial aos módulos DDR3-1066 e DDR3-1333 e advertindo que o uso de tensões superiores a 1.65 poderia danificar o controlador de memória integrado ao processador.

Isso obrigou os fabricantes a se concentrarem na fabricação de módulos de baixa frequência e baixa latência, em vez de continuarem a investir no simples aumento das frequências. Outra mudança positiva foi que os módulos voltaram a utilizar tensões "normais", variando de 1.5V nos módulos value, a 1.65V nos módulos de alto desempenho, dentro dos valores recomendados pela Intel para uso em conjunto com o i7.

A AMD adotou uma postura similar à da Intel durante a fase de transição, lançando a plataforma AM3 (com o uso de memórias DDR3) mas equipando os processadores Phenom II com controladores híbridos, com suporte simultâneo a memórias DDR2 e DDR3. Isso permitiu que os processadores continuassem compatíveis com as placas AM2+, permitindo que você decidisse entre usar memórias DDR2 ou DDR3 ao escolher a placa-mãe.
As memórias DDR2 demoraram quase 3 anos para se popularizarem desde a introdução do chipset i915P, em 2004, ultrapassando as vendas das memórias DDR antigas apenas a partir de 2007.