Arquitectura de memoria multicanal

Los módulos con diferentes velocidades pueden funcionar en modo multicanal, aunque la placa base hará funcionar todos los módulos de memoria a la velocidad del módulo más lento. Sin embargo, algunas placas base presentan problemas de compatibilidad con ciertas marcas o modelos de memoria al intentar utilizarlos en modo multicanal. Por este motivo, generalmente se recomienda utilizar pares idénticos de módulos de memoria, razón por la cual la mayoría de los fabricantes de memoria venden ahora "kits" de módulos DIMM emparejados. Varios fabricantes de placas base solo admiten configuraciones ^{[ a ]} donde se utilizan módulos emparejados. Un par emparejado debe coincidir en:

• Capacidad (por ejemplo, 1024  MB).
• Velocidad (por ejemplo, PC5300).
• Sincronización de memoria, incluyendo latencia (estroboscopio de dirección de columna) o CL y otros parámetros.
• Número de rangos de memoria y ancho de bus de cada chip. Esto suele escribirse en formatos como 2Rx4 (dos rangos que contienen chips de cuatro bits).
  • El número de rangos no siempre coincide con el número de caras (puede haber más de dos), pero los módulos DIMM de una sola cara generalmente solo tienen un rango.
  • El número de rangos y su anchura también determinarían cuántos chips hay, por lo que la inspección visual a menudo permite detectar incompatibilidades obvias.

De estos requisitos, solo la frecuencia y la sincronización deben coincidir obligatoriamente, ya que los canales funcionan en sincronía por definición. (Si la velocidad no es la misma, se utilizará la velocidad más baja de los dos módulos. Del mismo modo, se utilizará la latencia más alta de los dos módulos). Los requisitos de tamaño y número de rangos se han flexibilizado con el tiempo, comenzando con la introducción de Flex Memory por parte de Intel en 2004, que permite que dos módulos de diferente tamaño funcionen en una combinación de canal doble y canal único, y la introducción por parte de AMD de una función equivalente algún tiempo antes de 2015. La combinación de anchos de bus sigue siendo inestable, especialmente para configuraciones ECC.

Algunos sistemas, como Broadwell-EP, no son compatibles con Flex Memory, pero sí permiten la suma de capacidades. Por ejemplo, un canal con un módulo DIMM de 16 GB (2Rx4) se puede combinar con un canal con dos módulos DIMM de 8 GB (1Rx4). De esta forma, tanto el número total de rangos como la capacidad se sincronizan por canal.

Si bien Flex Memory es una función oficial (y se han reportado algunos casos de éxito con un mayor número de canales), la combinación de tipos de módulos generalmente no está documentada como compatible con configuraciones de triple canal o superiores. Esto es especialmente cierto en el hardware de servidores.

En teoría, cualquier conjunto de módulos compatibles puede utilizarse tanto en modo monocanal como multicanal, siempre que la placa base admita la selección del número de canales.

En teoría, las configuraciones de doble canal duplican el ancho de banda de la memoria y reducen la latencia en comparación con las configuraciones de un solo canal. Esto no debe confundirse con la memoria DDR ( Double Data Rate ), que duplica el uso del bus DRAM al transferir datos tanto en los flancos ascendentes como descendentes de las señales de reloj del bus de memoria.

El modo de doble canal se concibió originalmente como una forma de maximizar el rendimiento de la memoria mediante la combinación de dos buses de 64 bits en un único bus de 128 bits. Esto se denomina retrospectivamente modo "agrupado". Sin embargo, debido a las escasas mejoras de rendimiento en aplicaciones de consumo, ^{[ 8 ]} las implementaciones más modernas de doble canal utilizan el modo "no agrupado" por defecto, que mantiene dos buses de memoria de 64 bits pero permite el acceso independiente a cada canal, en apoyo del procesamiento multihilo con procesadores multinúcleo . ^{[ 9 ] [ 10 ]}

La diferencia entre "agrupado" y "no agrupado" también podría visualizarse como una analogía con el funcionamiento de RAID 0 , en comparación con JBOD . ^{[ 11 ]} Con RAID  0 (que es análogo al modo "agrupado"), la capa lógica adicional se encarga de proporcionar un mejor uso (idealmente uniforme) de todas las unidades de hardware disponibles (dispositivos de almacenamiento o módulos de memoria) y un mayor rendimiento general. Por otro lado, con JBOD (que es análogo al modo "no agrupado") se recurre a los patrones de uso estadístico para garantizar un mayor rendimiento general mediante el uso uniforme de todas las unidades de hardware disponibles. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

Con la introducción de DDR5 , cada DIMM DDR5 tiene dos subcanales independientes de 32 bits de ancho, en comparación con el único canal de 64 bits por DIMM de DDR4. Esto es análogo a la operación sin agrupamiento. En las plataformas Intel, también es posible usar solo un subcanal de un DIMM (generalmente para overclocking extremo) o usar un DIMM con un solo subcanal. ^{[ 12 ]} Los CAMM2 DDR5 pueden tener uno o dos canales (2 o 4 subcanales) dependiendo de cuántos pines se usen para conectarse a la placa base.

Las VRAM de las GPU son conocidas por sus requisitos de alto ancho de banda y baja latencia. En las GPU RTX 4060 Ti , el bus de memoria tiene un ancho de 128 bits y cada controlador de memoria tiene un ancho de 32 bits; cada chip de memoria puede conectarse a un controlador de memoria mediante 2 subcanales de 8 bits o 2 subcanales de 16 bits, lo que permite que cada controlador de memoria atienda a uno o dos chips. Las GeForce RTX 4070 Ti y 4070 tienen un bus más ancho de 192 bits. La GeForce RTX 5090 tiene un bus de 512 bits. ^{[ 13 ] [ 14 ]}

Además, en las memorias DRAM LPDDR , cada controlador de memoria tiene un ancho de 32 bits. A partir de LPDDR5 , cada chip de memoria puede conectarse a un controlador de memoria mediante un subcanal de 16 bits o dos subcanales de 16 bits, lo que permite que cada controlador de memoria atienda a uno o dos chips.

La arquitectura DDR3 de triple canal se utiliza en la serie Intel Core i7-900 (la serie Intel Core i7-800 solo admite hasta doble canal). La plataforma LGA 1366 (por ejemplo, Intel X58) admite DDR3 de triple canal, normalmente a 1333 y 1600 MHz, pero puede funcionar a velocidades de reloj más altas en ciertas placas base. Los procesadores AMD Socket AM3 no utilizan la arquitectura DDR3 de triple canal, sino memoria DDR3 de doble canal. Lo mismo se aplica a las series Intel Core i3, Core i5 y Core i7-800, que se utilizan en las plataformas LGA 1156 (por ejemplo, Intel P55 ). Según Intel, un Core i7 con DDR3 funcionando a 1066  MHz ofrecerá velocidades máximas de transferencia de datos de 25,6 GB/s cuando funcione en modo entrelazado  de triple canal . Esto, según Intel, conduce a un rendimiento del sistema más rápido, así como a un mayor rendimiento por vatio . ^{[ 15 ]}

Al operar en modo de triple canal, la latencia de la memoria se reduce gracias al entrelazado, lo que significa que se accede a cada módulo secuencialmente para obtener pequeñas cantidades de datos, en lugar de llenar completamente un módulo antes de acceder al siguiente. Los datos se distribuyen entre los módulos de forma alternada, lo que puede triplicar el ancho de banda de memoria disponible para la misma cantidad de datos, en comparación con almacenarlos todos en un solo módulo.

En plataformas Intel tan recientes como LGA 2011, el triple canal solo se puede usar cuando los tres módulos de memoria, o un múltiplo de tres, tienen la misma capacidad y velocidad, y están colocados en ranuras de tres canales. Cuando se instalan dos módulos de memoria, la arquitectura funciona en modo de doble canal. ^{[ 16 ]}

La memoria de cuatro canales debutó en la plataforma Nehalem-EX LGA 1567 de Intel para procesadores Xeon, también conocida como Beckton, en 2010, y se introdujo en la línea de productos de gama alta en la plataforma Intel X79 LGA 2011 con Sandy Bridge-E a finales de 2011. DDR4 reemplazó a DDR3 en la plataforma Intel X99 LGA 2011 , también conocida como Haswell-E, y también se utiliza en la plataforma Threadripper de AMD . ^{[ 19 ]} La arquitectura de cuatro canales DDR3 se utiliza en la plataforma AMD G34 y en los procesadores Intel mencionados anteriormente antes de Haswell. Los procesadores AMD para la plataforma C32 y los procesadores Intel para la plataforma LGA 1155 (por ejemplo, Intel Z68 ) utilizan memoria DDR3 de doble canal en su lugar.

En plataformas Intel tan recientes como LGA 2011, la arquitectura de cuatro canales solo se puede usar cuando los cuatro módulos de memoria (o un múltiplo de cuatro) tienen la misma capacidad y velocidad, y se colocan en ranuras de cuatro canales. Cuando se instalan dos módulos de memoria, la arquitectura funciona en modo de doble canal; cuando se instalan tres módulos de memoria, la arquitectura funciona en modo de triple canal. ^{[ 16 ]}

Una prueba de rendimiento realizada por TweakTown , utilizando SiSoftware Sandra, midió un aumento de rendimiento de alrededor del 70 % en una configuración de cuatro canales, en comparación con una configuración de dos canales. ^{[ 20 ] : p. 5} Otras pruebas realizadas por TweakTown sobre el mismo tema no mostraron diferencias significativas en el rendimiento, lo que llevó a la conclusión de que no todo el software de evaluación comparativa es capaz de aprovechar el mayor paralelismo que ofrecen las configuraciones de memoria multicanal. ^{[ 20 ] : p. 6}