DDR3 - Bàn đạp nền tảng

Trong một máy tính, 3 thành phần chính của hệ thống bạn thường phải cân nhắc khi mua mới hay nâng cấp là: CPU, RAM và card đồ họa. Trong đó, bạn dễ nhận thấy CPU và card đồ họa thay đổi và tiến triển với tốc độ chóng mặt, trong khi bộ nhớ RAM ít thay đổi nhất, và có thể là thành phần bạn ít phải đắn đo nhất khi lật dở bảng báo giá. Cũng như giai đoạn đi từ SDRAM DDR lên SDRAM DDR2, thời gian quá độ này khá dài (khoảng 1 năm) và SDRAM DDR3 vừa xuất hiện vài tháng cũng mới ngấp nghé trong vài hệ thống thử nghiệm cao cấp, chưa thật phổ biến.

Trong đầu bạn sẽ nghĩ ngay liệu DDR3 có hơn gì hệ thống DDR2 hiện thời của mình? Liệu có nên nâng cấp? Khi nào nâng cấp là thích hợp? Hay đơn giản DDR3 nhanh hơn DDR2 bao nhiêu? Ta cùng trả lời các câu hỏi này (bạn có thể tham khảo thêm bài viết “RAM máy tính và những điều cần biết”, ID: A0502_103)

Tại sao có DDR3?

Cách đây 3 năm, DDR2 xuất hiện và từ khi AMD đưa ra nền AM2 và Intel với Core 2 Duo thì DDR2 trở nên phổ biến. Và bây giờ, DDR3 nối gót và có thể xem đây là thay đổi tất yếu khi CPU và đồ họa thay đổi. Tốc độ chuẩn của DDR2 theo JEDEC trong khoảng từ 400MHz đến 800MHz (OCZ và Corsair có model DDR2 sau khi ép xung đạt tốc độ 1250MHz, thậm chí cao hơn), chỉ tương thích tốt nhất với các BXL có FSB tương ứng. Trong khi đó, về mảng chipset, dòng chipset mới của Intel có tên mã Bearlake (xuất hiện hồi tháng 6) tiêu biểu là P35 và G33, sau đó là G35 hỗ trợ FSB 1066MHz và X38 đến 1333MHz; dòng chipset NVIDIA nForce 680i/650i SLI cũng hỗ trợ đến 1066/1333MHz. Còn về BXL, CPU mới 2 nhân Intel X6800, E6700, E6600, 4 nhân có QX6700 và QX6600 đã đẩy FSB lên 1066MHz và sẽ tiếp tục dòng BXL mã Penryn trên công nghệ 45nm sẽ tiếp tục xuất hiện. Mới đây, Intel đưa ra 3 CPU: E6850, E6750 và E6650 hỗ trợ mặc định FSB đến 1333MHz. Bạn cũng có thể tham khảo kết quả thử nghiệm CPU QX6850 tại Test Lab....

Riêng AMD vẫn còn “kín tiếng” dù đã có một số thông tin ban đầu về BXL Agena và Phenom.

Mặc dù vào lúc này, băng thông DDR2 thiết lập kênh đôi cao hơn tốc độ bus của BXL ngay cả khi bus BXL đạt 1333MHz nhưng theo Intel, bộ nhớ vẫn cần đến băng thông cao hơn nữa. Hiện thời, nếu DDR2-800 thiết lập kênh đôi chạy với chipset Intel P35 thì sẽ có băng thông ở 12,8GB/s trong khi nếu chạy với DDR3 chạy ở 1067MHz kênh đôi thì băng thông được đẩy lên đến 17,1GB/s. Tuy nhiên, có một trở ngại là dựa trên chuẩn SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory) nên khi chuyển từ DDR2 lên DDR3 thì độ trễ thành phần của bộ nhớ cũng tăng lên.

Có 2 thành phần quyết định tốc độ bộ nhớ: tần số và độ trễ. Khi ép xung bộ nhớ, không một dân ép xung kỳ cựu nào lại không biết một điều: ép tần số thì dễ nhưng ép giảm độ trễ thì khó hơn rất nhiều. Điều dễ hiểu vì thiết kế vật lý của RAM bị giới hạn trong từng chip bộ nhớ DRAM. Theo chuẩn thiết kế JEDEC, DDR2 mặc định tốc độ cao nhất là ở 800MHz và độ trễ 5-5-5 nhưng về sau, nhà sản xuất đã có thể đưa ra DDR2-800 ở độ trễ 3-3-3. Có thể nghĩ rằng Intel cũng đã có ảnh hưởng đến ngành công nghiệp bộ nhớ và các nhà sản xuất RAM đã chọn cách tăng tần số thay vì chọn cách giảm độ trễ để tăng hiệu năng chung của bộ nhớ. Tại sao? Vì theo nhiều đánh giá của giới chuyên gia thì các nhà sản xuất RAM sẽ chuyển sang công nghệ sản xuất DDR3 để có thể vượt qua ngưỡng về tần số và cải tiến độ trễ với chi phí thỏa đáng thay vì ở lại với DDR2 đã quá “chật chội”.

Nét riêng của DDR3

Để có được tiếng nói chung, tổ chức JEDEC gồm 290 công ty tham gia (www.jedec.org) đưa ra đặc tả kỹ thuật cho bộ nhớ. Đương nhiên không phải loại RAM DDR nào cũng đều tuân theo quy chuẩn này. Ví dụ tốc độ DDR2 mà JEDEC đưa ra có chi tiết kỹ thuật về tần số từ 400MHz đến 800MHz nhưng một số công ty sản xuất đưa ra RAM ép xung mặc định DDR2 1066MHz, có tốc độ nhanh hơn thông số chuẩn, không tuân theo chuẩn JEDEC.

Xét về hình thức, DDR3 cũng giống với DDR2, có 240 chân nhưng nếu bạn cắm thanh RAM DDR3 vào khe DDR2 sẽ không vừa vì rãnh chia của DDR3 khác DDR2. Để dùng được DDR3, bạn phải có bo mạch chủ hỗ trợ DDR3 hay chọn bo mạch hỗ trợ cả 2 chuẩn DDR2 và DDR3 (có 2 khe cắm cho riêng DDR2 và DDR3). Ví dụ, bo mạch chủ MSI dòng Combo gồm MSI P35 Platinum Combo, MSI P35 Neo Combo, hoặc Gigabyte có GA P35C-DS3R... (xem bảng 1)

Theo JEDEC (xem bảng 2), bạn dễ nhận thấy DDR3 có tốc độ từ 800MHz đến 1600MHz. Như vậy có thể xem mốc 1333MHz là chuẩn thông thường của dòng DDR3 nếu dựa vào BXL sắp đến của Intel trên công nghệ 45nm sẽ có FSB 1333MHz. Hiện thời và trong tương lai gần, BMC, BXL FSB 1333MHz nhất là chipset vẫn sẽ hỗ trợ “ngược” với DDR2, nhưng với suy luận thông thường dựa trên tần số xung chúng ta dường như sẽ gặp phải “tình trạng thắt cổ chai” do hệ thống không khai thác hết luồng FSB của CPU. Tuy vậy, một số thử nghiệm ban đầu của chúng tôi tại Test Lab cho thấy sự khác biệt hiệu năng hệ thống giữa DDR2 và DDR3 vẫn chưa thực sự ấn tượng.

Đến đây, bạn có thể phần nào cảm nhận được DDR3 xuất hiện do một phần “sức ép” của dòng cuốn CPU. Chúng ta sẽ thử xem xét 2 tốc độ cao nhất của mỗi chuẩn: DDR3-1600 và DDR2-800. Theo JEDEC, DDR3-1600 sẽ có độ trễ là 8-8-8, tương đương với 10ns (xem bảng 2). Trong khi đó, DDR2-800 đã đạt mức độ trễ 4-4-4 với thời gian tương đương 10ns. Nếu dựa trên chi tiết này, bạn sẽ dễ dàng đánh đồng về tốc độ của DDR2-800 tương đương với DDR3-1600 (bảng 2).

Vậy tại sao độ trễ của DDR2 là 4-4-4 và sang DDR3 tăng lên 8-8-8?

Tần số của DDR3 đạt 1600MHz, gấp đôi của DDR2 800MHz nhờ có thông số data prefetch của DDR3 gấp đôi DDR2. Data prefetch có nhiệm vụ chuyển dữ liệu từ DRAM lưu trữ thông tin sang bộ đệm xuất/nhập. DDR2 dùng mẫu 4-bit và DDR3 dùng mẫu 8-bit nên lưu lượng dữ liệu từ DRAM đến bộ đệm của DDR3 gấp đôi DDR2 nhưng vẫn chạy trên cùng một băng thông. Do vậy, đây là nguyên nhân dẫn đến độ trễ của DDR3 cao gấp đôi của DDR2. Ngoài ra, bộ đệm xuất/nhập của DDR3 phải tải nặng hơn DDR2.

Điểm tiến bộ

Nếu dựa vào chi tiết kỹ thụât trên, DDR3 không “đáng giá” so với DDR2. Tuy nhiên, ngoài tính năng trên, DDR3 hơn DDR2 về các mặt khác, trong số đó quan trọng nhất là điện thế. DDR3 dùng điện thế 1,5V trong khi DDR2 phải là 1,8V ở cùng tốc độ bus (trước đây, DDR phải đến 2,5V) nên sẽ làm giảm điện năng tiêu thụ. Hơn nữa, để cải thiện hơn nữa về năng lượng, DDR3 có chức năng làm tươi (refresh) theo vùng. Trước đây, DDR và DDR2 thực hiện chức năng refresh cho toàn bộ DRAM theo một chu kỳ nhất định, cả những DRAM đang ở trạng thái nghỉ (idle), do vậy tốn “tiền điện” vô ích. Còn DDR3 chỉ refresh theo chu kỳ những DRAM nào đang ở tình trạng hoạt động. Ngoài ra, DDR3 còn có bộ cảm biến nhiệt (chỉ là tùy chọn, không bắt buộc trong JEDEC) để giúp kỹ sư thiết kế quy định chu kỳ refresh tối thiểu nhằm cải thiện hơn nữa mức tiêu thụ điện năng có cơ chế bảo vệ để bộ nhớ hoạt động ở ngưỡng tối ưu; đây cũng là thước đo chính xác cho dân ép xung trong việc giám sát thành phần hệ thống.

Bên cạnh điện thế thấp của DDR3, để tăng khả năng hợp nhất của các module, JEDEC đưa ra mô hình liên kết dạng Fly-by giữa các DRAM và dòng chuyển dữ liệu (mang địa chỉ, lệnh, tín hiệu điều khiển và xung nhịp đồng hồ của DRAM này sang DRAM khác). DDR2 dùng mô hình T và DDR3 cải tiến lên mô hình Fly-by. Trước đây, với mô hình T của DDR2, bạn có thể hình dung các lệnh và địa chỉ được đưa vào một cái phễu hình chữ T và được đổ xuống hết một lần cho các DRAM xử lý. Với mô hình Fly-by, dòng lệnh điều khiển và địa chỉ là dạng dòng đơn, duy nhất chạy từ DRAM này sang DRAM khác. Mô hình Fly-by nhờ bộ điều khiển để đưa ra độ trễ tín hiệu tự động ở DRAM và mỗi DRAM có một mạch điện cân chỉnh tự động và lưu lại dữ liệu cân chỉnh cho riêng module DRAM đó. Thay đổi mô hình từ T sang Fly-by cũng dẫn đến phải thay đổi các thuật toán đọc/ghi dữ liệu. Về lý thuyết, mô hình này rút ngắn được thời gian phân bổ dữ liệu đến DRAM hơn so với mô hình T.

Một điểm nổi trội của DDR3 chính là dung lượng chip được tăng lên đáng kể, có thể nói là gấp đôi so với DDR2. Một chip DDR3 có dung lượng từ 512Mb đến 8Mb, điều này có nghĩa là dung lượng một thanh RAM DDR3 có thể đạt đến 4GB.

Tuy DDR3 chưa thực sự cất cánh trong năm nay, nhưng theo dự đoán của các nhà phân tích (biểu đồ), bạn có thể thấy được từ nay đến 2012, DDR3 sẽ bắt đầu phổ biến hơn và DDR2 sẽ dần dần biến mất, cũng như DDR đến năm 2008 sẽ hầu như không còn xuất hiện trên thị trường. Xa hơn nữa, DDR4 sẽ xuất hiện năm 2011.

Lê Duy
Tham khảo: JEDEC, X-bit, Anantech