В то время как процессоры совершенствовались в архитектуре, производство
памяти претерпевало лишь технологические изменения. Емкость одной
микросхемы DRAM увеличилась с 1Мбит до 64Мбит. Это позволило наращивать
объем применяемой в компьютерах памяти, но изменения технологии в плане
увеличения производительности DRAM не произошло. Короче говоря, скорость
передачи не увеличилась вслед за объемом.
Что касается потребностей, то в следствии применения нового программного
обеспечения и средств мультимедиа, потребность в быстродействующей памяти
нарастала. С увеличением частоты процессора, и дополнительным
использованием средств мультимедиа новым программным обеспечением, не далек
тот день, когда для нормальной работы PC будут необходимы гигабайты памяти.
На этот процесс также должно повлиять внедрение и развитие современных
операционных систем, например Windows NT.
Чтобы преодолеть возникший разрыв, производители аппаратных средств
использовали различные методы. SRAM (Static RAM) применялся в кэше для
увеличения скорости выполнения некоторых программ обработки данных. Однако
для мультимедиа и графики его явно недостаточно. Кроме того, расширилась
шина, по которой осуществляется обмен данными между процессором и DRAM.
Однако теперь эти методы не справляются с нарастающими потребностями в
скорости. Теперь на первое место выходит необходимость синхронизации
процессора с памятью, однако, существующая технология не позволяет
осуществить этот процесс.
Следовательно, возникает необходимость в новых технологиях памяти,
которые смогут преодолеть возникший разрыв. Кроме SDRAM, это DDR, SLDRAM,
RDRAM, Concurrent RDRAM, и Direct RDRAM.
Шесть технологий памяти будущего. Определения
SDRAM
Synchronous (синхронная) DRAM синхронизирована с системным таймером,
управляющим центральным процессором. Часы, управляющие микропроцессором,
также управляют работой SDRAM, уменьшая временные задержки в процессе
циклов ожидания и ускоряя поиск данных. Эта синхронизация позволяет также
контроллеру памяти точно знать время готовности данных. Таким образом,
скорость доступа увеличивается благодаря тому, что данные доступны во время
каждого такта таймера, в то время как у EDO RAM данные бывают доступны один
раз за два такта, а у FPM - один раз за три такта. Технология SDRAM
позволяет использовать множественные банки памяти, функционирующие
одновременно, дополнительно к адресации целыми блоками. SDRAM уже нашла
широкое применение в действующих системах.
SDRAM II (DDR)
Synchronous DRAM II, или DDR (Double Data Rate - удвоенная скорость
передачи данных) - следующее поколение существующей SDRAM. DDR основана на
тех же самых принципах, что и SDRAM, однако включает некоторые
усовершенствования, позволяющие еще увеличить быстродействие. Основные
отличия от стандартного SDRAM: во-первых, используется более "продвинутая"
синхронизация, отсутствующая в SDRAM; а во-вторых, DDR использует DLL
(delay-locked loop - цикл с фиксированной задержкой) для выдачи сигнала
DataStrobe, означающего доступность данных на выходных контактах. Используя
один сигнал DataStrobe на каждые 16 выводов, контроллер может осуществлять
доступ к данным более точно и синхронизировать входящие данные, поступающие
из разных модулей, находящихся в одном банке. DDR фактически увеличивает
скорость доступа вдвое, по сравнению с SDRAM, используя при этом ту же
частоту. В результате, DDR позволяет читать данные по восходящему и
падающему уровню таймера, выполняя два доступа за время одного обращения
стандартной SDRAM. Дополнительно, DDR может работать на большей частоте
благодаря замене сигналов TTL/LVTTL на SSTL3. DDR начала производиться в
1998 году.
SLDRAM (SyncLink)
SLDRAM, продукт DRAM-консорциума, является ближайшим конкурентом Rambus.
Этот консорциум объединяет двенадцать производителей DRAM. SLDRAM
продолжает дальнейшее развитие технологии SDRAM, расширяя четырехбанковую
архитектуру модуля до шестнадцати банков. Кроме того, добавляется новый
интерфейс и управляющая логика, позволяя использовать пакетный протокол для
адресации ячеек памяти. SLDRAM передает данные так же как и RDRAM, по
каждому такту системного таймера. SLDRAM начала производиться в 1999 году.
RDRAM
RDRAM - многофункциональный протокол обмена данными между микросхемами,
позволяющий передачу данных по упрощенной шине, работающей на высокой
частоте. RDRAM представляет собой интегрированную на системном уровне
технологию. Ключевыми элементами RDRAM являются:
модули DRAM, базирующиеся на Rambus;
ячейки Rambus ASIC (RACs);
схема соединения чипов, называемая Rambus Channel.
RamBus, впервые использованный в графических рабочих станциях в 1995
году, использует уникальную технологию RSL (Rambus Signal Logic -
сигнальная логика Rambus), позволяющую использование частот передачи данных
до 600MHz на обычных системах и материнских платах. Существует два вида
Rambus - RDRAM и Concurrent RDRAM. Микросхемы RDRAM уже производятся, а
Concurrent RDRAM будет запущена в производство в конце 1997 года. Третий
вид RDRAM - Direct RDRAM, находится в стадии разработки, а его начало ее
производства планируется в 1999 году.
Rambus использует низковольтовые сигналы и обеспечивает передачу данных
по обоим уровням сигнала системного таймера. RDRAM использует 8-битовый
интерфейс, в то время как EDO RAM и SDRAM используют 4-, 8- и 16-битовый
интерфейс. RAMBUS запатентована 11 крупнейшими производителями DRAM,
обеспечивающими 85% всего рынка памяти. Samsung в настоящее время
проектирует 16/18-Mбитную и 64-Mбитную RDRAM. Toshiba же уже производит
16/18-Mбитную RDRAM и разрабатывает 64-Mбитную RDRAM.
В 1996 году консорциум RDRAM получил поддержку со стороны корпорации
Intel, и новые чипсеты фирмы Intel будут поддерживать технологию RDRAM с
1999 года. В настоящее время игровые видеоприставки Nintendo 64 используют
технологию Rambus для 3D-графики и звука высокого качества. Стандартные PC
производства Gateway и Micron поддерживают карты фирмы Creative Labs c
Rambus на борту.
Concurrent Rambus
Concurrent Rambus использует улучшенный протокол, показывающий хорошее
быстродействие даже на маленьких, случайно расположенных блоках данных.
Concurrent Rambus применяется для 16/18/64/72-Mбитных модулей RDRAM. Это
второе поколение RDRAM, отличается высокой эффективностью, необходимой для
графических и мультимедийных приложений. По сравнению с RDRAM, применен
новый синхронный параллельный протокол для чередующихся или перекрывающихся
данных. Эта технология позволяет передавать данные со скоростью 600Мб/сек
на канал и с частотой до 600MHz с синхронным параллельным протоколом,
который еще повышает эффективность на 80%. Кроме того эта технология
позволяет сохранить совместимость с RDRAM прошлого поколения. Планируется,
что в 1998 году, благодаря дополнительным улучшениям, скорость передачи
может достигнуть 800MHz.
Direct Rambus
Технология Direct Rambus - еще одно расширение RDRAM. Direct RDRAM имеют
те же уровни сигналов (RSL: Rambus Signaling Level - уровень сигналов
Rambus), но более широкую шину (16 бит), более высокие частоты (выше
800MHz) и улучшенный протокол (эффективность выше на 90%). Однобанковый
модуль RDRAM будет обеспечивать скорость передачи 1.6Гбайт/сек,
двухбанковый - 3.2Гбайт/сек. Direcr Rambus использует два 8-битных канала
для передачи 1.6Гбайт и 3 канала для получения 2.4Гбайт.
| |SDRAM |DDR |SLDRAM |RDRAM |Concurre|Direct |
| | |SDRAM | | |nt RDRAM|RDRAM |
|Скоость |125 |200 |400 |600 |600 |1.6Gb/se|
|передачи|Mb/sec|Mb/sec |Mb/sec |Mb/sec |Mb/sec |c |
|данных | | | | | | |
|MHz |125 |200 |400 |600 |600 |800 |
|Стандарт|JEDEC |JEDEC |SLDRAM |RAMBUS |RAMBUS |RAMBUS |
| | | |Consotium| | | |
|Время |1997 |1998 |1999 |1995 |1997 |19999 |
|появлени| | | | | | |
|я | | | | | | |
|Питание |3.3В |3.3.В |2.5 |3.3В |3.3В |2.5В |
Также перспективными (из более далекого будущего) кажутся модули памяти,
в которых роль конденсатора (элемента памяти) будет играть колечко из
сверхпроводника.
Центральный процессор.
Современные центральные процессоры работают на тактовых частотах до
1гигагерца и со скоростью в миллиарды операций в секунду. Перед тем, как
осветить последние технологические новшества в области производства
процессоров, приведем несколько схем, на основе которых процессоры и
собираются.
Дело в том, что суть центрального процессора – это счет и логические
действия. Как легко догадаться, аппарат счета в двоичной системе счисления
является достаточно простой комбинацией логических схем «И», «ИЛИ» и «НЕ».
[pic]
Новые технологии.
В последние годы к стадии возможности использования в коммерческом
производстве подошел целый ряд технологий, позволяющих заметно увеличить
скорость работы транзисторов, либо столько же заметно уменьшить размер чипа
без перехода на более тонкий технологический процесс. Некоторые из этих
технологий уже начали применяться в течение последних месяцев, их названия
упоминаются в новостях, относящихся к компьютерам, все чаще.
[pic][pic]
Первая интегральная схема, где соединения между транзисторами сделаны
прямо на подложке, была сделана более 40 лет назад. За это время технология
их производства претерпела ряд больших и малых улучшений, пройдя от первой
схемы Джека Килби до сегодняшних центральных процессоров, состоящих из
десятков миллионов транзисторов, хотя для серверных процессоров впору уже
говорить о сотнях миллионов.
Здесь пойдет речь о некоторых последних технологиях в этой области,
таких, как медные проводники в чипах, SiGe, SOI, перовскиты. Но сначала
необходимо в общих чертах затронуть традиционный процесс производства чипов
из кремниевых пластин. Нет необходимости описывать процесс превращения
песка в пластины, поскольку все эти технологии не имеют к столь базовым
шагам никакого отношения, поэтому начнем с того, что мы уже имеем
кремниевую пластину, диаметр которой на большинстве сегодняшних фабрик,
