Память – это медная доска, покрытая буквами,
которые время незаметно сглаживает,
если порой не возобновлять их резцом.

Д.Локк

До недавнего времени развитие новых технологий изготовления компонентов памяти происходило параллельно с развитием чипсетов, производимых фирмой Intel. Но случилось так, что в 1998 году образовалось опережение в технологии изготовления чипсетов, а производители памяти отстали. Никто не мог предполагать, что 100-мегагерцовая шина так мощно расчистит себе дорогу.

В первом квартале 1998 года Intel представила чипсет i440BX с тактовой частотой системной шины 100 МГц, а также семейство материнских плат на этом чипсете со 100-мегагерцовой шиной памяти. Не сильно отстали от Intel и тайванские производители материнских плат. К лету 1998 года практически все ведущие тайванские производители имели материнские платы на чипсете i440BX, поддерживающих Slot 1 и работающие на частоте 100 МГц.

Как правило, до выпуска новых платформ Intel представляет спецификации на новые чипсеты и модули памяти, но в этот раз компания несколько опоздала с разработкой спецификации на память стандарта 100 МГц.

С появлением чипсетов, работающих на частоте 100 МГц тайванских производителей ALI ALADDIN 5 и VIA MVP3, получил вторую жизнь и Socket 7. Процессоры AMD, работающие с тактовой частотой 100 МГц, требуют широкой полосы пропускания памяти и применения 100-мегагерцовых SDRAM. Впервые поддержка интерфейса с системной памятью SDRAM была реализована в чипсетах Intel TX и VX. Память SDRAM выпускается в модулях типа Dual In-Line Memory Module (DIMM). Такая организация памяти позволяет извлекать из нее 64 бита данных одновременно.

Для SDRAM, работающих с чипсетами TX и VX, предусматривалась тактовая частота 66 МГц, и никто не думал, что в ближайшее время появится новый чипсет, поддерживающий частоту шины 100 МГц. Но он появился, и очень скоро. Производимые SDRAM-модули могли устойчиво работать на частотах более 66 МГц, а некоторые образцы этой памяти даже сейчас работают на частоте 100 МГц. Планируя обеспечить потребности в памяти для 66-мегагерцовых систем и придерживаясь политики Intel по поддержке таких систем, многие производители памяти произвели слишком много 66-мегагерцовых SDRAM-модулей. Хотя уже год назад существовали настоящие 10- и 8-наносекундные чипы памяти SDRAM, но производство 100-мегагерцовых SDRAM-модулей не форсировалось, т.к. запаздывала спецификация, получившая название РС100 и вышедшая только в феврале 1998 года.

Большинство ныне существующих чипов памяти SDRAM являются 10-ns и, по мнению Intel, они не позволяют модулю памяти устойчиво работать на частотах 100 МГц и более, хотя их и называют «100-мегагерцовыми». Технология изготовления памяти, работающей на частоте более 100 МГц, чрезвычайно сложна и требует специального отношения ко всем элементам цифрового тракта передачи данных. Спецификация модулей памяти PC100, разработанная Intel, содержит более 250 страниц текста. Этой спецификацией Intel сильно ограничила число возможных производителей памяти, настолько высоки требования к технологии изготовления SDRAM. Спецификация памяти состоит из 4-х разделов.

Первая часть спецификации дает детальное описание компонентов чипов PC100, на основании которых строятся DIMM-модули. Вторая – посвящена детальному описанию наиболее распространенного модуля памяти PC100 SDRAM Unbuffered DIMM. Третья – дает представление о структуре и характеристиках специальной памяти PC100 SDRAM Registered DIMM, пока еще не получившей широкого распространения и используемой в основном только в очень сложных компьютерных системах, требующих большого объема оперативной памяти. Четвертая часть посвящена описанию интерфейса Serial Presence Detect (SPD), посредством которого процессор получает информацию о структуре установленного модуля памяти.

SDRAM PC100. Виды, характеристики, отличия

В настоящее время в предложениях продавцов 100-мегагерцовой памяти мы можем встретить 2 класса памяти, отвечающих стандарту PC100 для применения в компьютерных системах:

• PC100 SDRAM Unbuffered DIMM;
• PC100 SDRAM Registered DIMM.

DIMM-модули PC100 SDRAM Unbuffered, иначе называемые «небуферизированными», применяются в системах, не требующих объема памяти более 768 Мб и имеют конфигурацию, приведенную в табл. 1, где колонка №2 – емкость модуля памяти в мегабайтах, колонка №3 – организация модуля (мегабит на разряд), №4 – емкость в Mbit единичного чипа, установленного на SDRAM-модуле DIMM, №5 – организация чипа (мегабит на разряд), №6 – общее количество чипов, установленных на SDRAM-модуле.

Таблица 1.

Из табл. 1 видно, что PC100 SDRAM-модули выпускаются как в 64-разрядном исполнении, так и в 72- разрядном (с использованием функции ЕСС) и их максимальная емкость составляет 512 Мб.

Новый чипсет BX поддерживает так называемую функцию ECC (Error Correct Code), позволяющую обнаруживать и своевременно устранять одиночные ошибки в работе памяти. Подобная организация требует наличия 72 разрядов DIMM (дополнительные 8 разрядов как раз и необходимы для обеспечения функции ЕСС).

DIMM-модули стандарта PC100 SDRAM Registered выпускаются только в 72-разрядном исполнении, и их емкость на данный момент достигает 1024 Мб. Подобные типы DIMM применяются в системах, требующих более 1 Гб оперативной памяти (мощные многопроцессорные серверы, специализированные системы обработки информации и т.д.) и отличаются от PC100 SDRAM Unbuffered DIMM увеличенным размером печатной платы (PCB), а также наличием специальных микросхем (Registers) на модуле. Регистры обеспечивают страничную организацию памяти.

Конфигурация DIMM-модулей стандарта PC100 SDRAM Registered приведена в табл. 2.

Таблица 2. Конфигурации модуля SDRAM

Рис. 1. DIMM PC100

Электрические и конструктивные параметры SDRAM PC100 следующие:

1. Общее количество контактов DIMM-модуля – 168.
2. Контакты разделены зонами ключей на 3 функциональные группы по 20 pins, 60 pins, 88 pins.
3. Напряжение питания DIMM-модуля – 3,3 В.
4. Ширина шины данных – 64 или 72 bit.
5. 4 входа для тактовых сигналов.
6. Структура модуля – Synchronous DRAM Dual In-Line Memory Modules.

Еще одно название такого типа синхронной памяти – пакетно-конвейерная (pipelined burst). Для этого типа памяти ключевым параметром является не время доступа, а промежуток времени между запросом и появлением данных на шине (т.е. время задержки при выводе данных). Чипы SDRAM, используемые в модулях памяти PC100, выполняют по технологии, применяющейся в производстве пакетно-конвейерной кэш-памяти. Это время для большинства чипов SDRAM составляет 8 нс, меньше, чем продолжительность периода (при тактовой частоте 100 МГц). При объединении чипов SDRAM в структуру, называемую SDRAM DIMM, этот модуль имеет такую же скорость пакетной передачи данных, как и кэш-память, несмотря на большее время доступа.

Обязательными условиями корректного функционирования SDRAM PC100-модулей в компьютерных системах являются:
1) диапазон рабочих температур 0...+65°С;
2) диапазон влажности 10...90%.

Назначения контактов 168-pin модуля SDRAM PC100 unbuffered приведены в табл. 3.

Таблица 3.

NC – не определен.

Следует помнить, что два небольших паза (ключи) на РСВ имеют большое значение. Ключи определяют вид DIMM-модуля. Первый ключ, расположенный между 10-м и 11-м выводами (ближе к выводу 11) идентифицирует DIMM как небуферизированный (unbuffered). Второй паз, расположенный по центру между 40-м и 41-м контактами, определяет напряжение питания модуля – 3,3 В.

Предвидя сложности функционирования систем с SDRAM от разных производителей, а также для облегчения установки SDRAM в систему, Intel разработал спецификацию на последовательную (serial) EEPROM-память, содержащую важнейшие временные параметры и данные об используемых на модуле чипах и их производителе. Присутствие EEPROM-памяти на DIMM-модулях, отвечающих спецификации РС100 – необходимое условие, т.к. она содержит точные характеристики чипов памяти, которые необходимы BIOS для правильной конфигурации системы. При старте системы чипсет I 440BX последовательно прочитывает байты из EEPROM для идентификации модуля SDRAM и устанавливает параметры системы так, что обеспечивается корректная работа с данным видом памяти. Интерфейс передачи информации описывает спецификация PC SDRAM Serial Presence Detect (SPD) Specification. Именно с неправильным взаимодействием BIOS и EEPROM на SDRAM-модулях связаны главные проблемы при установке их в компьютерные системы.

Дело в том, что многие тайванские производители материнских плат на чипсете Intel 440BX устанавливают свой BIOS, который имеет функцию отключения считывания информации из EEPROM. При этом параметры системы устанавливаются вручную при входе в SETUP, или же BIOS сам устанавливает параметры системы для работы с типовой памятью. Специалисты фирмы «ЕПОС» довольно часто сталкиваются с ситуациями, когда материнские платы (например, Intel) «отказываются» работать с модулями памяти, у которых отсутствует правильно запрограммированная EEPROM-память: 1) EEPROM может быть некорректно запрограммирован производителем; 2) чипсет под управлением некорректного BIOS может неправильно установить параметры системы.

Для исключения ошибок функционирования Intel установила единые правила для всех производителей. Каждый производитель обязан внести информацию о себе в байты 61...127 EEPROM. Приводим таблицу идентификации байтов информации, хранимых в EEPROM (табл. 4).

Таблица 4.

* Required/Optional – are SDRAM only bytes.

Одна из самых важных характеристик для пользователя – это производительность памяти, которая определяется скрытым состоянием CAS CL и описывается двумя байтами – 18-м и 27-м. Не менее важным параметром является и тип памяти, определяющийся байтом 2. Если в этом байте находится "02hex", то память – EDO, если "04hex" – SDRAM. Фактическая скорость DIMM содержится в байте 126. Для тактовой частоты 100 МГц его значение должно быть "64hex". В случае, если значение "66hex" – данный DIMM 66 МГц. Номер SPD-EEPROM версии находится в байте 62. Текущей версией является 1.2 (декабрь 1997 г.).

В соответствии с техническими требованиями Intel SPD EEPROM должна быть корректно запрограммирована производителем и никогда не меняться. Поэтому при обычной работе с SDRAM-модулем возможность случайного стирания или изменения данных исключена. Это своего рода страховка от использования медленных DIMM-модулей в системах Intel. Однако, несмотря на все предосторожности, производители записывают в EEPROM данные с заведомо внесенной в них ложной информацией. EEPROM подобна бумаге, на которой может быть написано все что угодно.

Технология изготовления модулей памяти спецификации PC100 достаточно сложна. Поэтому круг производителей качественных SDRAM модулей узок. При изготовлении SDRAM PC100 DIMM-модулей от производителя требуется:

1. Выполнить печатную плату PCB в соответствии с рекомендациями Intel, которые предусматривают строгий контроль всех типоразмеров.
2. Обеспечить расположение чипов SDRAM на PCB таким образом, чтобы длины путей от контактов разъема до контактов микросхем незначительно отличались и были привязаны к длине пути тактового импульса. (Электрический сигнал проходит по контакту приблизительно 20 см за 1 нс при коэффициенте укорочения длины волны 1,5).
3. Согласовать входные сопротивления путем установления на плате подавляющих (согласующих) резисторов. (Эти меры снижают переотражения сигнала в цепях).
4. Изготовить шестислойную печатную плату с детальным описанием места расположения каждого слоя в толще стеклотекстолита и размещения замкнутых контуров «земли» по периметру каждого слоя. (Эти меры обеспечивают контроль волновых сопротивлений и емкостей платы и снижают интерференционные проникновения сигналов из слоя в слой).
5. Выполнить соединения между элементами на РСВ дорожками определенной ширины и обеспечить разрешенное расстояние между ними.
6. Обеспечить установку чипов SDRAM на РСВ, отвечающих спецификации РС100 и имеющих минимальный разброс параметров.
7. Обеспечить покрытие контактов DIMM слоем золота не менее 2 микрометров.

В соответствии с техническими требованиями Intel плата РСВ SDRAM PC100-модуля должна быть маркирована как "PCSDRAM-REV#.#". Обозначение символов #.# – номер версии спецификации, которая использовалась во время разработки и производства платы РСВ. Спецификация (REV 1.0) – самая современная и была принята только в феврале 1998 г. К этому моменту многие производители уже выпустили большое количество DIMM-модулей, отвечающих спецификации REV 0,9 (октябрь 1997 г.). Эти SDRAM-модули предназначались для работы только в системах с частотой шины 66 МГц. Поэтому наклейка или надпись, выполненная краской на РСВ, не даст вам полной уверенности, что данный DIMM-модуль – 100-мегагерцовый (рис. 1).

В свою очередь, самые жесткие требования фирма Intel предъявляет и к компонентам SDRAM, из которых выполнен модуль памяти SDRAM PC100. Intel опубликовала список производителей, чипы которых прошли тестирование и могут называться 100-мегагерцовыми. Ниже приведена таблица этих производителей.

На чипах SDRAM, соответствующих спецификации РС100, должна быть наклейка или маркировка, выгравированная непосредственно на самом чипе (рис. 2).

Рис. 2. Чип SDRAM

Если же этих обозначений нет, а вас уверяют, что SDRAM-модуль 100-мегагерцовый, необходимо провести определение характеристик чипа по обозначению, выгравированному на его корпусе. Для этих обозначений у каждого из производителей есть расшифровка. Чип SDRAM, соответствующий спецификации РС100, должен иметь следующее обозначение:

РС 100-abc-def, где

а – обозначает CL (CAS Latency, рекомендованное для этого модуля. CAS Latency является важнейшей характеристикой чипа и обозначает минимальное количество циклов тактового сигнала (Clock Period) от момента запроса данных сигналом CAS до их появления и устойчивого считывания с выводов модуля. Значения CL может быть «2» или «3». Чем меньше число, тем чип быстрее и стоит дороже.

b – t_rcd (RAS-to-CAS Delay). Это необходимая минимальная задержка между сигналами RAS и CAS (в циклах тактового сигнала). Как правило – это число «2».

Параметры а и b определяются архитектурой самого чипа памяти и приводятся для определенной частоты. В данном случае – для 100 МГц. При разгоне системы, например до 133 МГц, период тактовой частоты укорачивается, и считывание информации об адресе строки или столбца может происходить с ошибкой.

с – t_rp (RAS Precharge Time) – минимальное время в циклах тактовой частоты. Характеризует паузу между командами, и обычно это число «2».

d – t_ac (Access from Clock) – максимальное время доступа в наносекундах (ns). Обычно – «6» или «7». Оригинальному РС100 SDRAM требуется только 6 нс для доступа к данным. Однако Intel делает исключение для систем с двумя слотами под DIMM-модули (стандартные М/В имеют 3...4 подобных слота). В двухслотовые системы могут устанавливаться более медленные SDRAM с t_ac = 7 нс. Они также являются РС100-совместимыми.

e – SPD Rev (спецификация команд SPD). Иногда может отсутствовать в обозначениях.

f – запасной параметр. Всегда = 0.

Таким образом, обозначения на чипах, изображенных на рис. 1, РС-100-322-60, означают, что при 100 МГц тактовой частоты CL = 3, t_rcd = 2, t_rp = 2, t_ac = 6 нс, параметр SPD Rev – отсутствует, f = 0.

Параметр CL = 3 указывает на то, что на частотах более 100 МГц нет запаса по частоте и чип может давать сбои. При попытке установить CL, равное «2», на частоте 100 МГц система с данными SDRAM также может работать неустойчиво. Полностью правомерно утверждение – чем меньше значение CAS для указанной частоты, тем более стабильно на меньшей частоте будет работать чип.

Intel своей спецификацией определила оптимальные параметры для памяти стандарта РС100 (см. таблицу).

Сравним, к примеру, чипы G-8 и GH (производитель Samsung).

Оба этих чипа полностью отвечают спецификации РС100. Однако, чип GH (10 нс) на частоте 100 МГц покажет лучшие характеристики скорости, т.к. CAS = 2 и, вероятнее всего, будет устойчиво работать на более высокой частоте с CAS = 3 (хотя производитель этого не гарантирует). Несмотря на более низкую скорость работы чипа G8 (8 нс) на частоте 100 МГц (CAS = 3), производитель гарантирует его устойчивую работу и на частоте 125 МГц (CAS = 3). Изменяя CAS в меньшую сторону, например, установив CAS = 2, можно совсем незначительно увеличить скорость работы системы, но при этом значительно понизить устойчивость ее функционирования, и чем выше частота по сравнению с указанной, тем это правило вернее.

Приводим таблицу AC Timing Parameters из PC SDRAM Specification. Параметры, указанные в таблице, дают полную характеристику SDRAM.

Таблица 5.
100/66 MHz AC Timing Parameters for CL = 2 and 3

При установке SDRAM PC100 в систему большое значение для ее успешного функционирования имеет так называемый тайминг памяти, который обычно записывается цепочкой CAS-RCD-RP. Как раз число 322, записываемое как 3-2-2 (см. табл. 5 CAS# – T_rcd – T_rp), и дает полную характеристику чипа для данной частоты.

Если Вы используете в Вашей системе SDRAM-модули и не уверены, что они отвечают спецификации РС100, лучше всего устанавливать параметр CAS вручную, т.к. при считывании данных из EEPROM параметр CAS может автоматически установиться CL = 2 и на данной частоте система будет работать неустойчиво.

Теперь несколько слов о производителях чипов SDRAM РС100. Одним из первых производителей чипов SDRAM для 100-мегагерцовых систем была фирма Samsung, которая в ноябре 1997 года анонсировала 64 Мб SDRAM, соответствующий спецификации РС100. Как правило, чипы марки Samsung стоят первыми в отчетах Intel о сертификации. Примером может являться чип 64М-8Мх8 KM 4858030ВТ-GL80-1.

Приводим таблицу определения параметров по коду на его корпусе.

Таблица идентификации параметров SDRAM Samsung

В настоящее время у фирмы Samsung имеются чипы G7 (7 нс SDRAM PC143), но информация о производителях DIMM-модулей на этих чипах отсутствует.

С 1998 года Samsung Semiconductor, Inc. ведет разработку технологии DDR для SDRAM. Эта технология получила название SDRAM II. Это следующее поколение памяти с тактовой частотой шины 100 МГц. Технология DDR (Double Data Rate) удвоения частоты позволит записывать и читать данные с частотой в два раза выше, чем частота шины. Данные будут выбираться по фронтам и срезам тактовых сигналов. Технология DDR удваивает частоту передачи данных в системах 66 МГц до 133 МГц, в системах 100 МГц до 200 МГц и, планируемую в недалеком будущем, частоту 150 МГц до 300 МГц.

Таблица 6.

Сейчас многие поставщики памяти выдают обычную память SDRAM за 100-мегагерцовую. От обмана не спасает даже хорошая репутация поставщика. Память РС100 стоит существенно дороже, и спрос на нее в настоящее время выше, чем предложение. Наличие наклейки РС100 на DIMM-модуле еще не гарантирует вам полного соответствия модуля спецификации РС100. При приобретении неоригинального модуля SDRAM РС100 могут возникнуть следующие проблемы, которые определяются ошибками в его исполнении:

Установленные в модуль чипы SDRAM не отвечают спецификации РС100 (разброс параметров чипов, установленных на DIMM, а также использование отбракованных чипов РС100).

РСВ выполнена с нарушениями требований спецификации РС100. На частоте 100 МГц большое значение имеют входные емкости и сопротивления контактов, общий уровень переотражения сигналов, индуктивность дорожек.

EEPROM запрограммирована так, что дает ложную информацию о характеристиках чипов или полностью отключена.

Есть только два метода обнаружить обман: 1) Метод проверки правильного функционирования SDRAM PC100 в реальных системах, для чего необходимо повысить нагрузочную способность, заполнив все слоты SDRAM модулями памяти, и тестировать систему длительное время, изменяя рабочую частоту системы и параметры памяти. Если система сбоев не дает, SDRAM отвечает спецификации РС100. 2) Тестирование SDRAM-модулей с помощью специализированного тестера памяти. Тестеры памяти для тестирования 100-мегагерцовых DIMM-модулей очень дороги и, вероятнее всего, сборщик компьютеров не сможет позволить себе его приобретение. К примеру, несколько лет назад, когда были проблемы с качественными поставками обычных SIMM-модулей, некоторые компьютерные фирмы приобрели SIMM-тестеры у достаточно известного тайванского производителя измерительных приборов фирмы Chroma. Эти тестеры позволяли определить основные характеристики SIMM-модуля и распечатать их на принтере.

Анализируя параметры SIMM-модулей в партии, а также их разброс от образца к образцу, можно было сделать вывод о качестве поставки и соответствии реальных характеристик SIMM-модулей параметрам, декларируемым продавцом. Это помогало избежать ошибок при покупках партий SIMM-модулей. Кроме того, можно было определить неисправный чип в модуле и, при желании, отремонтировать его. Но технология памяти развивалась, совершенствовались и тестеры, увеличивалась, соответственно, и их цена. Сейчас стоимость SDRAM PC100-тестера фирмы Chroma – более 2500$. Увеличение количества разрядов в тестируемой памяти приводит к увеличению времени тестирования. Для углубленной диагностики SDRAM PC100 на тестере потребуется несколько часов, и стоимость подобной диагностики будет высока.

Рис. 3. Внешний вид тестера Chroma

Основные характеристики тестера Chroma.

Наши советы

1. При приобретении SDRAM PC100 модулей у неизвестных продавцов вероятность покупки «настоящей» памяти РС100 очень низка. Помните о том, что спецификация Intel для РС100 SDRAM вступила в действие только в феврале 1998 года. Если SDRAM выпущен раньше этого срока – это не 100-мегагерцовая память.
2. Если вы купили память SDRAM и хотите убедиться, что она будет устойчиво работать на частоте 100 МГц, используйте 1-й метод проверки работы модулей DIMM. Если SDRAM устойчиво функционирует при CAS = 2 и полном заполнении слотов SDRAM, то она заведомо будет устойчиво функционировать в системе CAS = 3, CAS = 2 и при только одном заполненном слоте.
3. Если у вас обычная SDRAM память, а вы хотите установить ее в систему, которая автоматически считывает параметры EEPROM и требует только память РС100 спецификации (например, платы Intel), помните о том, что есть возможность программными средствами произвести ее переустановку (перезапись EEPROM). Для этого рекомендуем обратиться к специалистам.

Не покупайте дешевую память.
ХОРОШИЕ ВЕЩИ СТОЯТ ДОРОГО!

Дата публикации: 21 января 1999 года

Электронная версия: © ЕПОС