XDR – Rambus return?

Технологии XDR

Что же кроется за этими тремя буквами? Чем Rambus смог привлечь инвесторов, несмотря на сильно подмоченную репутацию?

Начнем с того, что XDR базируется на стандартном ядре памяти CMOS DRAM, но позволяет достичь очень высоких скоростей обмена между чипами памяти и контроллером памяти. Заявленная начальная результирующая частота для памяти XDR составляет 3.2 ГГц с пропускной способностью до 6.4 гигабайта в секунду! В перспективе же обещается результирующая частота до 6.4 ГГц и пропускной способностью до 12.8 гигабайт с секунду. Есть чем удивить инвесторов. Это тем более актуально, что за последние 5 лет тактовая частота массового, домашнего компьютера возросла в 10 раз, тогда как частота памяти в таких системах увеличилась всего лишь в 4 раза. Очевидно, что при сохранении в дальнейшем подобных темпов роста частот, разрыв между памятью и процессором будет все возрастать, и память может превратиться в "узкое место" компьютерных систем, тормозящее их дальнейшее развитие. Поэтому Rambus как никогда вовремя предложила концепцию XDR, так как для высокоскоростных процессоров потребуется так же и высокоскоростная память.

Но это не единственное заявленное преимущество XDR. В числе достоинств так же называется низкие задержки при работе с памятью, очень низкое энергопотребление, простоту создания систем на основе XDR и относительную дешевизну самих модулей.

Рассмотрим, благодаря чему удается достичь столь высоких показателей. Общая архитектура комплекса XDR состоит из пяти основных частей. Это контроллер памяти Memory Controler (XMC), контроллер шины данных IO Cell (XIO), собственный тактовый генератор системы Clock Generator (XCG), шина данных Interconnect и собственно сама память XDRAM. Все это в графическом виде выглядит следующим образом:

где ASIC - это интегральная микросхема, в которую встраивается контроллер памяти XDR (XMC) и XIO, например видеопроцессор, северный мост материнской платы или центральный процессор (по аналогии с Athlon 64).

XDR Interconnect - это магистраль соединяющая контроллер памяти и модули XDR DRAM. Вот на эту магистраль и приходится львиная доля новейших технологий задействованных в XDR. При подробном рассмотрении XDR Interconnect выясняется, что она состоит из нескольких частей:

XDR Interconnect состоит из двунаправленной шины данных (DQ), шины запросов (RQ) и шины контрольных сигналов. Существующий на данный момент реальный 32-х разрядный прототип XDR Interconnect состоит из 32-х двунаправленных каналов данных образующих шину данных, 12 каналов шины запросов, 1 пары сигналов тактовой частоты и 4-х серий контрольных сигналов. 32-х разрядный прототип XDR Interconnect позволяет достичь пиковой пропускной способности до 25 ГБ/с. В перспективе Rambus планирует создание XDR Interconnect с разрядностью 128 бит с пропускной способности интерфейса до 100 ГБ/с.

Основой XDR Interconnect является технология ODR (Octal Data Rate), которая позволяет передавать восемь битов данных за один такт. Именно благодаря этой технологии XDR имеет такую высокую результирующую частоту. Реально XDR работает на частоте 400 MHz, но благодаря ODR результирующая частота составляет 3.2 ГГц (400х8).

Как видно из рисунка, XDR для функционирования использует четыре типа рабочих частот. Общая работа системы осуществляется на частоте, генерируемой XCG, то есть 400 МГц (CTM). Канал запросов (RQ) использует уже технологию удвоения частоты (DDR) передавая по два бита за такт. Обмен данными между контроллером памяти (XMC) и контроллером шины данных (XIO) осуществляется на учетверенной частоте, используя технологии известные нам по RDRAM. И, наконец, хит сезона - каналы данных (DQ) используют максимальную на данных момент технологию ODR, достигая заоблачных показателей пропускной способности шины данных (по крайне мере теоретически).

Другой краеугольной технологией, на которой базируется XDR - это DRSL (Differential Rambus Signaling Levels - разделенные уровни сигналов). Технология DRSL позволяет высокоэффективно разделить двунаправленные сигналы, используя при этом очень низкий вольтаж. DRSL использует ультра-низкие колебания сигнала - всего200mV от 1.0 до 1.2V. DRSL используется главным образом для создания двунаправленного сигнала пересылки данных типа точка-точка, отлично сочетаясь при этом с технологией ODR. Для синхронизации адресной шины и командных сигналов в XDR используется более старая разработка Rambus - RSL (Rambus Signaling Levels) - известная ранее по технологиям RDRAM. Вот сравнительные характеристики разных подходов к созданию несущих сигналов.

Соответственно, чем меньше амплитуда сигнала, тем меньше энергопотребление и выше информационная насыщенность сигнала. Кроме того, у маломощных сигналов существенно снижаются мешающие эффекты наводок от соседей. Принцип разностной передачи сигнала (differential signaling) по заверениям Rambus в будущем позволит достигать скоростей в несколько гигагерц, в то время как шины адресов и данных позволят подключать к системе до 36 DRAM устройств. Последней ключевой технологией используемой в XDR является FlexPhase. Особенность этой технологии заключается в том, что если синхронизация сигнала проходящего между контроллером памяти и модулем памяти была по тем или иным причинам нарушена, то FlexPhase восстановит ее, причем быстро - в пределах 2.5 пикосекунд. В отличие от предшественников FlexPhase не использует тактовую частоту системы, имея собственный генератор тактовой частоты (XCG), что позволяет избежать задержек. Это приводит к тому, что отныне совершенно отпадает необходимости синхронизировать сигнал между разными дорожками. Ранее для работы параллельных интерфейсов разработчики печатных плат были вынуждены делать длину соседних проводящих дорожек, походящих между чипами, строго одинаковой, что является довольно сложной задачей. В случае несоблюдения этого условия в большинстве случаев синхронизация работы памяти нарушается, и интерфейс не работает. При использовании же FlexPhase разработчики могут не соблюдать это жесткое требование, так как разница длин проводников, при которой сохраняется синхронизация, достигает 35 см. Таким образом, производители получают полную свободу действий при проектировании печатных плат, что позволит им снизить их стоимость и уменьшить их размеры.

В общем, теоретически это все звучит достаточно соблазнительно, чтобы крупнейшие компании, заинтересованные в собственном будущем развитии в котором им непременно понадобятся высокопроизводительные системы памяти, смогли еще раз забыть о дурной репутации Rambus и дать ей (в который уже раз!) шанс остаться на плаву. Как же дело обстоит на практике, когда обещанное появится на свет? Кое-что в этом направлении уже сделано.

Новый поворот, что он нам несет?

Чтобы не быть голословной и убедить инвесторов в необходимости поддержки, компании Rambus позарез нужен был хоть какой-нибудь работающий образец обещанных технологий. И он был представлен на суд разработчиков летом 2002 года. К сожалению, возможностям прототипа было далеко до обещанного. Пропускная способность рабочего образца составила, в среднем 3.2 ГБ/сек, что на сегодняшний день совсем не впечатляющий результат, сопоставимый с пропускной способностью двухканальной PC800 RDRAM или одноканальной DDR400/PC3200. Но следует учесть, что это был самый первый рабочий прототип XDR, крайне сырой, к тому же в нем на тот момент не была реализована технология FlexPhase, то есть инженерам Rambus пришлось проектировать систему к показу по старинке, тщательно соблюдая одинаковость длины всех проводников между контролером и памятью. Возможно, тактовая частота образца была преднамеренно снижена, так как лучше иметь более медленный семпл, чем образец, который мог бы зависнуть на презентации. Так или иначе, демонстрация инвесторов, похоже, убедила, так как вскоре Sony объявила о решении использовать XDR в PlayStation 3, чем заметно приподняла курс совсем уж обесценившихся акций Rambus.

Кстати, в той же PlayStation 3 будут использоваться еще одна разработка Rambus, которая в этой статье не рассматривались - это высокоскоростная системная шина Redwood, использующая все те же технологии, что и XDR. Компании Toshiba и Elpida были с Rambus еще до демонстрации прототипа, но после на сайте Rambus они стали фигурировать уже в числе официальных партнеров компании, занимающихся производством и продвижением XDR в массы. Теперь уже на сайтах этих компаний стали появляться роадмапы продуктов базирующихся на технологиях XDR, согласно которых прототипы систем на XDR появятся в 2004 году, а массовое производство начнется в 2006 году. Причем речь идет именно о продуктах с частотой в 3.20 ГГц, с пропускной способностью порядка 12.8 ГБ/c. В перспективе же вырисовываются XDR системы с частотой 6.4 ГГц при ширине интерфейса 128 бит и пропускной способности порядка 100 ГБ/c.

Чтобы не показаться излишне оптимистичным, как тут не вспомнить ближайшего конкурента DDR-II? Да в теории XDR намного превосходит DDR-II, но при реализации на практике наверняка возникнет множество проблем и ошибок, как это было при противостоянии DDR и RDRAM. Кроме того, у DDR-II перед XDR огромное преимущество - ведь если XDR существует в основном в виде концепций, роадмапов и одного показанного прототипа, то DDR-II уже реальна и производится вовсю. Кстати одним из главных "толкачей" DDR-II является все та же Intel, которая похоже на этот раз сделала ставку на противоположный лагерь. Кстати, на правах прогноза: в свое время AMD обскакала Intel благодаря тому, что сделала ставку на DDR, то может сейчас наоборот, если взять за основу XDR, то удастся совершить новый рывок и выйти, например, на рынок высокопроизводительных серверных систем, где сейчас AMD, мягко говоря, не котируется.

Грянет битва, не сейчас, но скоро. Лагерь DDR-II во главе с Intel против сторонников Rambus. Как переменчива судьба - бывшие партнеры будут драться за рынок. Для Rambus это будет битва за выживание, в которой ей будет очень мешать ее дурная репутация. Но нет худа без добра, именно подмоченная репутация Rambus заставляет ее сейчас работать изо всех сил, чтобы хоть чуточку изменить свой статус в глазах общественности. В результате появляются новые технологии и в лучшую сторону изменились условия лицензирования - аппетиты Rambus заметно уменьшились (интересно, надолго ли :). Rambus придется поднапрячься для продвижения XDR на рынке, конкурентов хватает. И если она опять будет работать по старинке - с проволочками и ошибками в чипах, то это будет последнее, что она сделает - ошибок, особенно крупных ей уже не простят. Закон эволюции в действии - нежизнеспособные формы вымирают. И самой Rambus решать - быть ей в одной могиле с динозаврами или нет.