Il futuro delle memorie di sistema: lo standard DDR4

Per raggiungere frequenze di clock così elevate, e conseguentemente valori di bandwidth massima teorica per singolo canale che può arrivare a raddoppiare rispetto a quanto ora disponibile, le specifiche DDR4 richiederanno l'utilizzo di un singolo modulo memoria per ogni canale. Lo standard, pertanto, passerà da un approccio di tipo parallelo ad un seriale, con il quale ogni modulo memoria avrà un collegamento di tipo point to point con il memory controller e il parallelismo sarà tutto relegato al memory controller, che dovrà mettere a disposizione il maggior numero di canali possibile.

Un approccio di questo tipo è in linea con quanto visto sino ad ora nelle successive evoluzioni degli standard memoria DDR: progressiva semplificazione dell'interfaccia così da facilitare la gestione dei timings di accesso, permettendo in questo modo di incrementare le frequenze di clock sino a valori molto elevati.

standard DDR3: collegamento parallelo tra due o più moduli memoria e un canale del memory controller

standard DDR4: collegamento point to point tra modulo memoria e memory controller

Vi sono alcune chiare implicazioni a questo approccio. In primis, non sarà possibile integrare un elevato numero di moduli memoria per ogni sistema in quanto a ciascuno di questi dovrà essere abbinato un canale specifico. Da questo ne deriverà la difficoltà di dotare i sistemi di elevati quantitativi di memoria, anche se l'evoluzione prevista nei prossimi anni porterà ad avere a disposizione moduli con una densità sempre più elevata, capaci di mettere a disposizione del sistema un quantitativo di memoria più che adatto allo specifico target di utilizzo anche con pochi moduli utilizzati per volta.

In secondo luogo, il memory controller assumerà un'importanza sempre più elevata; il numero di canali integrato, infatti, avrà dirette ripercussioni sia sulle prestazioni velocistiche (al crescere del numero dei canali aumenta la bandwidth), sia sul quantitativo di memoria a disposizione del sistema (più canali implicano più moduli memoria installati).

Se in sistemi desktop molto spesso due moduli memoria rappresentano il miglior compromesso tra dotazione complessiva e costo, in ambito server è indispensabile poter installare quanta più memoria possibile. Per ovviare alla limitazione propria dello standard sembra possibile utilizzare degli switch digitali che operino come veri e propri buffer, collegati ciascuno da un lato a uno dei canali del memory controller e dall'altro a più moduli memoria DDR4. Una opzione di questo tipo permetterà di bilanciare bandwidth e quantitativo di memoria a disposizione del sistema, benché questo implicherà livelli di consumo non ridotti dati sia dall'utilizzo dei chip switch sia dalla presenza di molti moduli DDR4, standard che come abbiamo segnalato in precedenza non segna miglioramenti in questo ambito rispetto a quello DDR3.

Come incrementare la densità di memorizzazione dei moduli DDR4? Una tecnica che potrà venir utilizzata è quella del Through Silicon Via (TSV), approccio di chip stacking grazie alla quale più chip memoria potranno venir montati uno sopra l'altro così da ottenere una superiore capacità per ciascun modulo memoria. La tecnica disponibile sembra essere quella che permetterà, con stack di 4 oppure di 8 moduli, di assicurare in ambito server moduli DDR4 di adeguata capacità di archiviazione, mantenendo la scelta tecnica di avere a disposizione un singolo modulo memoria per ogni canale DDR4 e, di conseguenza, rinunciando all'utilizzo di uno switch digitale per abbinare su un singolo canale memoria più moduli.

Alla luce delle informazioni sino ad ora disponibili è evidente come la migrazione verso lo standard DDR4 richiederà più tempo di quanto sperimentato in passato nella migrazione da DDR2 a DDR3. Le novità in termini di utilizzo dei canali memoria, nonché la necessità di sviluppare memorie che siano capaci di elevate densità di memorizzazione attraverso tecniche di through silicon via, sono premesse per un passaggio alle memorie DDR4 che avverrà molto lentamente tra i vari operatori del settore, tendendo a privilegiare quegli ambiti nei quali le elevate bandwidth rappresentino un tangibile beneficio sul piano prestazionale. Da questo una indicazione del 2015 come anno nel quale ci si attende una disponibilità anche nel segmento mainstream delle soluzioni DDR4.