About Computer Memory

Cette section se concentre sur la mémoire à usage général, là où les PC stockent les programmes et les données actuellement utilisés, le pipeline qui fournit des données au processeur et en reçoit les résultats. La mémoire à usage général, appelée mémoire vive ou Random Access Memory (RAM), doit pouvoir être lue et écrite. Deux types de RAM sont utilisés sur les PC modernes :

La RAM dynamique (DRAM) ne stocke les données que pendant une infime fraction de seconde avant de les perdre. Pour maintenir les données stockées, le système doit constamment rafraîchir la DRAM, ce qui entraîne une perte de performances et limite sa vitesse. La DRAM classique offre un accès à 60 ns (nanosecondes), mais elle est peu coûteuse et consomme relativement peu d'énergie.

La RAM statique (SRAM) conserve automatiquement son contenu tant qu'elle est alimentée, sans nécessiter de rafraîchissement. La SRAM offre des temps d'accès dix fois plus rapides que la DRAM, mais elle est coûteuse et énergivore.

Les PC utilisent une architecture de mémoire hiérarchisée qui tire parti de ces caractéristiques :

La majeure partie de la mémoire d'un PC utilise de la DRAM (les systèmes modernes utilisent une variante appelée SDRAM, décrite dans la section suivante) et est appelée mémoire principale. Elle est importante, généralement de 256 Mo à 1 Go ou plus, mais trop lente pour suivre le rythme d'un processeur moderne. La mémoire principale est l'endroit où le processeur stocke les programmes et les données dont il aura bientôt besoin. La mémoire principale fonctionne comme une mémoire tampon entre le processeur et le disque.

La mémoire cache est une petite quantité de SRAM rapide qui sert de tampon pour l'accès entre le processeur et la mémoire principale.

Les PC modernes disposent de deux niveaux de mémoire cache :

La mémoire cache primaire, aussi appelée cache de niveau 1 ou cache L1, est généralement constituée de 16 à 128 Ko de mémoire très rapide située sur la même puce que le processeur lui-même. La taille et l'efficacité du cache L1 sont des facteurs majeurs de la performance du processeur. La quantité et le type de cache L1 sont déterminés par le processeur que vous utilisez et ne peuvent pas être mis à niveau.

Le cache L1 n'est pas assez grand pour éliminer la disparité de vitesse entre les processeurs et la mémoire principale. La mémoire cache secondaire, aussi appelée cache de niveau 2 ou cache L2, comble cette lacune avec un compromis raisonnable entre coût et performance. Le cache L2 fait partie du boîtier du processeur (ou du substrat du processeur lui-même) sur tous les processeurs modernes, y compris les Intel Pentium 4 et Celeron, ainsi que les AMD Athlon 64 et Sempron. Les processeurs modernes ont des tailles de mémoire cache L2 allant de 128 Ko à 2 Mo.

PROFITEZ DU CACHE

La quantité de mémoire cache présente sur un processeur peut avoir un impact considérable sur les performances, surtout si vous travaillez sur de petits ensembles de données. Par exemple, lorsque nous avons testé le client SETI@Home (http://setiathome.ssl.berkeley.edu/) sur deux processeurs presque identiques, l'un avec 512 Ko de cache L2 et l'autre avec 1 Mo, le deuxième processeur a terminé les unités de travail en moins de la moitié du temps requis par le premier. C'était vrai parce que l'unité de travail entière tenait dans le cache L2 de 1 Mo, mais pas dans le cache L2 de 512 Ko. En exécutant une application de traitement distribué similaire utilisant des ensembles de données trop volumineux pour tenir dans le cache L2 de 1 Mo, le processeur avec le cache L2 le plus large n'était que marginalement plus rapide. Si vous devez choisir entre deux processeurs similaires, choisissez toujours celui avec le plus grand cache L2.

Les systèmes récents utilisent une mémoire principale de l'un des types suivants :

La SDRAM synchrone, aussi appelée SDRAM, a commencé à être commercialisée en 1996 et a été couramment utilisée sur les PC jusqu'en 2001. Contrairement aux anciennes formes de mémoire asynchrones désormais obsolètes, la SDRAM partage une référence d'horloge commune avec le processeur. Le processeur et la mémoire sont asservis l'un à l'autre, ce qui permet au processeur de transférer des données vers et depuis la mémoire quand il le souhaite, plutôt que de l'obliger à attendre une fenêtre arbitraire. Les vitesses de la SDRAM sont spécifiées en MHz plutôt qu'en nanosecondes, comme c'était le cas pour les anciennes formes de mémoire. La SDRAM synchrone se présente sous l'une des formes suivantes :

La JEDEC SDRAM ou PC66 SDRAM est ainsi nommée pour la différencier des modèles ultérieurs PC100 SDRAM et PC133 SDRAM.

La PC100 SDRAM est conçue pour être utilisée avec les processeurs Pentium II et Pentium III utilisant un FSB à 100 MHz.

La PC133 SDRAM est conçue pour être utilisée sur un FSB à 133 MHz. Notez que vous ne pouvez pas supposer en toute sécurité que la mémoire PC133 peut être utilisée pour mettre à niveau un système équipé de mémoire PC66 ou PC100. Certains systèmes, notamment ceux basés sur les chipsets Intel 440BX et série 810, nécessitent de la mémoire PC100 et ne fonctionneront pas correctement avec de la mémoire PC133 installée.

En général, bien que les modules SDRAM PC66, PC100 et PC133 soient toujours disponibles (bien que leur distribution soit limitée), tout système utilisant de la SDRAM est un mauvais candidat pour une mise à niveau. Les derniers systèmes SDRAM ont désormais plus de cinq ans et atteignent la fin de leur durée de vie utile. Les systèmes SDRAM les plus rapides, tels que les modèles Pentium III à 1 GHz et plus, sont encore assez rapides pour servir à des fins secondaires, mais le coût très élevé par mégaoctet de la SDRAM rend toute mise à niveau non rentable, sauf en récupérant de la mémoire SDRAM provenant d'autres vieux systèmes.

Par rapport à la SDRAM standard, la Double Data Rate SDRAM (DDR-SDRAM) double la quantité de données transférées par cycle d'horloge, et double ainsi efficacement la bande passante mémoire maximale. La DDR-SDRAM est une amélioration évolutive de la SDRAM standard, parfois appelée Single Data Rate SDRAM ou SDR-SDRAM pour la différencier. Comme la production de DDR-SDRAM coûte essentiellement la même chose que celle de la SDR-SDRAM, elle a rapidement rendu cette dernière obsolète.

Les puces utilisées pour produire un module de mémoire DDR-SDRAM, appelé DIMM (Dual In-line Memory Module), sont nommées d'après leur vitesse de fonctionnement. Par exemple, les puces à 100 MHz sont doublées à 200 MHz, et sont donc appelées puces DDR200. De même, les puces qui fonctionnent à 133 MHz sont appelées puces DDR266, celles qui fonctionnent à 166 MHz sont appelées puces DDR333, et celles qui fonctionnent à 200 MHz sont appelées puces DDR400.

Contrairement aux modules DIMM SDR-SDRAM, qui sont désignés par la vitesse de leurs puces, les modules DIMM DDR-SDRAM sont désignés par leur bande passante.

Leur chemin de données est de 64 bits (8 octets) de large. Ainsi, par exemple, un module DIMM DDR-SDRAM utilisant des puces DDR200 transfère 8 octets 200 millions de fois par seconde, pour une bande passante totale de 1 600 millions d'octets/seconde, et est appelé module DIMM PC1600. De même, les modules DIMM DDR-SDRAM utilisant des puces DDR266 sont étiquetés PC2100, ceux utilisant des puces DDR333 sont étiquetés PC2700, et ceux utilisant des puces DDR400 sont étiquetés PC3200.

La baisse du prix des modules DDR-SDRAM PC3200 a rapidement rendu obsolètes les formes plus lentes de DDR-SDRAM, bien que les modules PC2700 restent en distribution limitée. La disponibilité limitée des modules PC2100 et des variantes plus lentes de DDR-SDRAM n'est pas un problème pour les systèmes qui utilisent ces variantes plus lentes, car la mémoire PC3200 est rétrocompatible avec les variantes plus lentes.

Plus rapide ne signifie pas nécessairement meilleur

Des modules de mémoire haute performance destinés aux joueurs, aux adeptes de l'overclocking et à d'autres passionnés sont disponibles avec des indices PC3500, PC4000, PC4200 et plus. Ces modules à prix élevé n'apportent aucun avantage à moins que vous ne poussiez un système au-delà de sa vitesse nominale.

NE MÉLANGEZ PAS

Mélanger des modules plus rapides avec des modules plus lents oblige la mémoire plus rapide à fonctionner à la vitesse du module le plus lent installé. De plus, certaines cartes mères ne gèrent pas bien les mémoires de vitesses différentes. Si vous mettez à niveau un système qui possède une quantité limitée de DDR-SDRAM plus lente et que le processeur peut tirer parti de la vitesse plus élevée de la DDR-SDRAM PC3200, il est souvent judicieux de remplacer les modules plus lents plutôt que d'ajouter simplement les modules PC3200.

Tout système utilisant de la DDR-SDRAM est un bon candidat pour une mise à niveau. S'il n'est pas étiqueté, vous pouvez identifier la vitesse et les autres caractéristiques d'un module DIMM DDR-SDRAM en vérifiant la référence de l'article sur le site Web du fabricant. Les modules DIMM DDR-SDRAM utilisent 184 broches et peuvent être distingués des modules de mémoire SDRAM 168 broches SDR et DDR2-SDRAM 240 broches en notant le nombre de broches et la position de l'encoche de détrompage unique. La Figure 6-2 montre un module DIMM DDR-SDRAM.

Figure 6-2 : Un module DIMM DDR-SDRAM

Au début de 2003, la technologie DDR-SDRAM originale atteignait rapidement ses limites. Alors qu'AMD et Intel passaient à des vitesses de FSB plus élevées, la DDR-SDRAM a eu du mal à suivre le rythme. La DDR-SDRAM grand public plafonne à la PC3200. Les chipsets DDR double canal (qui combinent la bande passante de modules de mémoire appairés) utilisant de la mémoire PC3200 limitent la bande passante maximale à 6 400 Mo/s. Cela correspond aux exigences de bande passante d'un processeur avec un canal mémoire de 64 bits (8 octets) de large fonctionnant avec un FSB à 800 MHz, comme les modèles Pentium 4 grand public, mais avec l'introduction de nouveaux processeurs, même la DDR-SDRAM double canal ne pourra pas suivre l'augmentation de la bande passante des processeurs.

La solution à long terme est la DDR2 SDRAM. La DDR2 intègre une série d'améliorations évolutives de la technologie DDR standard, notamment une bande passante accrue, une tension plus faible (1,8 V contre 2,5 V pour la DDR), une consommation d'énergie réduite et un boîtier amélioré. Tout comme la DDR-SDRAM a doublé la bande passante par rapport à la SDR-SDRAM à la même fréquence d'horloge, la DDR2-SDRAM double la bande passante par rapport à la DDR-SDRAM en doublant la vitesse de l'interface électrique. Les modules DIMM DDR2 utilisent un nouveau connecteur à 240 broches incompatible avec le connecteur DDR-SDRAM à 184 broches et les versions antérieures. La Table 6-1 liste les caractéristiques importantes de la DDR2-SDRAM, avec la DDR-SDRAM PC3200 (DDR400) présentée à titre de comparaison.

Table 6-1 : Caractéristiques de la DDR2

Bien qu'Intel ait fortement poussé la DDR2 depuis son introduction, l'adoption initiale a été lente pour deux raisons. Premièrement, la mémoire DDR2 était initialement vendue avec une prime très élevée par rapport à la mémoire DDR, atteignant parfois 200 % à 300 %. Fin 2005, ce différentiel était tombé à 15 % ou 20 %, faisant de la DDR2 un choix plus raisonnable. Deuxièmement, bien que la DDR2 offre une bande passante beaucoup plus élevée que la DDR, elle souffre également d'une latence beaucoup plus élevée. En effet, cela signifie que bien que la DDR2 puisse fournir des données à une vitesse supérieure à la DDR, elle met plus de temps à commencer à fournir ces données. Pour les applications qui utilisent principalement un accès séquentiel à la mémoire, comme le montage vidéo, l'avantage de la bande passante de la DDR2 offre des performances mémoire nettement supérieures. Pour les applications qui accèdent à la mémoire de manière aléatoire, y compris de nombreux programmes de productivité personnelle, l'avantage de latence de la DDR lui donne l'avantage. Les modules DIMM DDR2-SDRAM utilisent 240 broches et peuvent être distingués des modules de mémoire SDR-SDRAM 168 broches et DDR-SDRAM 184 broches en notant le nombre de broches et la position de l'encoche de détrompage.

La Rambus RDRAM est une norme de RAM propriétaire développée conjointement par Intel et Rambus. La Rambus RDRAM est conditionnée dans des modules appelés RIMM, qui est une marque commerciale plutôt qu'un acronyme.

Il existe trois types de mémoire RDRAM, appelés Base Rambus, Concurrent Rambus et Direct Rambus. Les deux premiers sont obsolètes et n'ont été utilisés que dans des appareils tels que les consoles de jeux. Toute la mémoire RDRAM utilisée dans les PC est de la mémoire Direct Rambus. La RDRAM a été produite en quatre vitesses, désignées PC600, PC700, PC800 et PC1066, bien que seules les PC800 et PC1066 restent disponibles. Comme pour la DDR-SDRAM, les modules RDRAM sont nommés en fonction de leur bande passante, mais avec une différence. La RDRAM utilise un chemin de données de 16 ou 18 bits (contre 64 bits pour la SDRAM) pour transférer deux octets à la fois, par rapport à la bande passante de 8 octets de la DDR-SDRAM. Par conséquent, la RDRAM PC800 a une bande passante de seulement 1,6 Go/s et la PC1066 de 2,133 Go/s, bien inférieure à celle de la DDR-SDRAM, et encore moins de la DDR2-SDRAM.

DEUX MODULES EN UN

Les RIMM RDRAM étaient initialement fournis en tant que pièces 16 ou 18 bits. Dans les cartes mères RDRAM double canal, ces modules devaient être installés par paires, une par canal. Les RIMM RDRAM 32/36 bits PC1066 actuellement disponibles sont en fait deux RIMM 16 ou 18 bits combinés dans un seul boîtier, et peuvent être installés individuellement dans les systèmes RDRAM double canal.

La RDRAM souffre également d'une latence sévère, et cette latence augmente à mesure que le nombre de périphériques RDRAM augmente. Bien que la RDRAM ait offert une performance globale potentiellement plus élevée au moment de son introduction, la DDR-SDRAM, plus rapide et beaucoup moins chère, a rapidement rendu la RDRAM obsolète pour une utilisation dans les systèmes de bureau. Les systèmes basés sur RDRAM sont évolutifs, à peine, mais pesez soigneusement l'âge du système et le coût de la mémoire RDRAM supplémentaire par rapport au coût du remplacement de la carte mère et de l'utilisation de mémoire DDR-SDRAM ou DDR2-SDRAM.

RAMBUS N'EST PLUS POUR LES PC

Rambus a introduit une suite à la RDRAM appelée XDR DRAM, qui est compétitive en termes de performances (sinon de prix) avec la DDR-SDRAM. La XDR DRAM est utilisée dans la console de jeux Sony PlayStation 3, mais aucun chipset PC existant ne prend en charge la XDR DRAM. Tous les PC construits avec de la mémoire Rambus sont maintenant proches de la fin de leur durée de vie de conception.

Vous pouvez juger du type de mémoire susceptible d'être présent dans un système en connaissant l'âge de ce système. La Figure 6-3 montre une chronologie des types de mémoire qui ont été installés dans les nouveaux systèmes au cours des 10 dernières années.

Figure 6-3 : Types de mémoire utilisés dans les nouveaux systèmes par année

À la fin de 2005, le paysage de la mémoire pour PC semble être prévisible pour les deux prochaines années. La mémoire DDR-SDRAM PC3200 continuera d'être utilisée dans les systèmes d'entrée de gamme et restera largement disponible pour ceux qui mettent à niveau d'anciens systèmes. La DDR2-SDRAM a finalement pris pied en 2005 pour les systèmes basés sur Intel, et à mesure qu'AMD introduira des processeurs compatibles DDR2 tout au long de 2006, la DDR2 deviendra la technologie de mémoire dominante, remplaçant progressivement la DDR-SDRAM.

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