Intel Dual-Channel DDR Bellek Mimarisi

Günümüzde bilgisayar almak; GHz, DDR, FSB, Dual-Channel, ve Hyper-Threading® gibi çok sayıda terimle karşılaşan sıradan kullanıcılar için giderek karmaşık hale gelmiştir. Geleneksel olarak GHz (Gigahertz) değeri,bilgisayar satın alırken dikkat edilen en önemli faktörlerden biri olan işlemci hızlarını göstermektedir. Ghz değeri arttıkça, bilgisayarın performansı da artmaktadır.

2003 yılı içerisinde, Intel® Corporation, bilgisayar pazarının tamamında kullanılabilecek, dual-channel / çift kanal mimarisi destekleyen anakartlar üretme kararı aldı. Şimdiye dek tüm genel olarak kullanılan Intel tabanlı bilgisayar sistemleri sadece single-channel / tek kanal bellekleri desteklemekteydi. Bellek kanalları bilgisayar performansına çok önemli miktarda katkıda bulunmaktadırlar. Sistem performansı artık sadece GHz değeri ile ölçülmemektedir. Çift-kanal bellek yıllardır, sunucu ve işistasyonları gibi yüksek performanslı sistemlerde kullanılmaktaydı ve artık tüm bilgisayar kullanıcılarının yararlanabileceği bir teknolojidir.

1.0 Bilgisayar Belleği

Bilgisayar kapasitesinin bir diğer ölçütü de sistem belleğinin hızıdır. Günümüzde sistemlerde en fazla kullanılan belek türü Synchronous Dynamic Random Access Memory (SDRAM)’dir. Bilgisayar belleği, program ve uygulamaların düzgün çalışabilmesi için gerekli verilerin geçici olarak saklandığı depolama alanıdır. Daha yüksek hızlı bellek, daha yüksek veri aktarımı sağlar buda işlemcinin daha yüksek verimle çalışmasını sağlar, böylece tüm sistem performansında artış olması sağlanır.

1997’den beri SDRAM bellek hızında çeşitli değişiklikler gerçekleşti. SDRAM başlangıçta 66 MHz (PC66) hıza sahipti, daha sonra 100MHz (PC100) hızı elde edildi, en sonunda da 133MHz (PC133) hıza sahip modüller üretildi. 2002 yılında standart SDRAM’in yerini daha yüksek hıza sahip Double Data Rate (DDR) SDRAM bellek teknolojisi aldı. DDR bellek 200MHz DDR ( DDR200) hıza sahip olarak üretilmeye başlandı, ve günümüzde PC’lerde DDR266, DDR333 ve DDR400 hızlarına sahip DDR bellekler kullanılmaktadır.

Geçmişte, bellek hızları işlemci gereksinimlerini karşılayamayacak düzeydeydi. Ayrıca, işlemci performans ve kapasitesi artıp daha fazla veriyi mevcut bellek teknolojilerini desteklediğinden daha yüksek hızda işlemeye başlayınca, bellek sistem performansını sınırlayan en önemli faktör haline geldi. bellek hızları artık işlemci ve sistem için daha fazla engel oluşturmamalıydı.

İşlemciye daha fazla veri aktarabilecek, sadece bellek hızına bağlı olamayan ve tüm bilgisayarlarda kullanılabilecek bir yöntem geliştirilmek zorundaydı.

Intel ve birçok sistem mimarı çözüm olarak mevcut bellek yerleşim yapısına ikinci bir bellek kanalı eklemeyi tercih ettiler. Ve bu yapıya “dual-channel / çift-kanal adını verdiler.

2.0 Çift-Kanal Bellek

Bilgisayarda buluna işlemci arabadaki motora benzetilebilir. Arabada motorun çalışabilmesi için yakıta ihtiyacı vardır. Benzer şekilde, işlemcinin verileri işleyebilmesi için bellek depolamasına ihtiyacı vardır. Veri (0 ve 1’lerden oluşan bit-ler halinde),işlemciye gönderilmeden önce mutlaka bellekte depolanmalıdır. Daha fazla veri bellek aracılığıyla daha hızlı biçimde işlemciye iletilirse; işlemci verileri daha hızlı ve etkin bir şekilde işler ve böylece işlemler daha kısa sürede tamamlanır.

Tek- ve çift-kanal bellek arasındaki farkı daha iyi anlatabilmek ve yukarıdaki açıklamayı daha geniş bir biçimde açıklamak için şu görsel örneği verebiliriz. Veri bir huni (bellek) içerisine doldurulmaktadır; huni verileri ağzı aracılığı ile işlemciye “kanalize” eder:
Yandaki resimde tek-kanallı bellek, tıpkı bir huni gibi veriler tek bir ağız aracılığıyla işlemciye aktarabilmektedir. Bir defada 64 bit veri aktarılmaktadır.

Çift kanal bellek, işlemciye veri aktarımı sırasında iki adet huni (dolayısıyla iki adet ağız) kullanır, bu sayede tek bir huninin aktardığı verinin iki katını aktarır. İki huni yada kanal ile bir defada 128 bit veri aktarılır. Bu süreç veriler işlemci tarafından alınarak “boşaltıldığı” zaman yine aynı biçimde devam eder. İşlemciye aktarılan verilerde fazla yüklenme olmaması yada işlemciden gelen bildirimlerin düzenli olarak gerçekleşmesi için resimde valf olarak gösterilen bir “trafik” kontrol mekanizması vardır. Bilgisayarlarda, işlemci ve bellek arasındaki veri akışını kontrol eden bu özel yongaya “Bellek Kontrolörü / Memory Controller” adı verilir.

Bellek kontrolörü, işlemci ile bellek arasındaki tüm veri akışını yönetir. Veri Bellek Kontrolörü’ne gönderilir (bu yonga anakart üzerindeki “chipset / yongaseti” nin bir parçasıdır). Bellek Kontrolörü, bir trafik ışığı gibi çalışarak bellek ve işlemci arasında aktarılan verilerin akışını düzenler. Bu yapı aşağıda grafiksel olarak gösterilmiştir:

Tüm Veriler ( Sabit disk, CD-ROM, DVD sürücüleri, Flash Kartlar, çevrebirimi kartları ve USB/Firewire girişlerinden gelen veriler)

Veri huninin ağzından bir defada tek yöne doğru hareket eder (bu durum; her iki tarafa da geçilebilen, tek şeritli bir köprüde bir defada tek bir aracın geçmesine benzer). Bellek Kontrolörü trafik ışığı gibi çalışarak bellek kanalı üzerindeki veri hareketlerini yönlendirir. Örneğin, Bellek Kontrolörü’ne gelen veri önce bellek modüllerinde depolanır (2), sonra okunur (3) ve son olarak işlemciye aktarılır (4). Tipik bir anakartta, bu bileşenler kolayca gösterilebilir:

Çift-kanal bellek, aşağıdaki resimde de gösterildiği gibi, bellek ile işlemci arasında aktarılan veri miktarını iki katına çıkarır.

 

Çift-kanal bellek ile; bellek kontrolörü tek-kanal bellek ile aktarılan verinin iki katı veriyi işlemci ile belek arasında aktarabilmektedir. Bunun sebebi verilerin çiftler halindeki iki bellek modülünden (yukarıdaki resimde, bellek çiftleri “P1” ve “P2” olarak gösterilmiştir) aynı anda alınıp verilmesidir.

Bellek endüstrisi, bellek performansını “Peak Data Bandwidth / Maksimum Veri Bant genişliği” olarak tanımlar, yada basitçe saniyedeki Peak Bandwidth / Maksimum Bant genişliği olarak adlandırılır.

3.0 Peak Bandwidth / Maksimum Bantgenişliği

Bellekten iletilen maksimum veri miktarının ölçülmesinin bir yolu da Maksimum Bant genişliği’nin hesaplanmasıdır. Bu hesaplama saniyedeki Byte (1 Byte = 8 bit, bit- 0 yada 1 ile gösterilen ve bilgisayarın kullandığı en küçük veri birimi) miktarı ile gösterilir. Bu bize belleğin performansı hakkında genel bir fikir verir (daha sonraki bölümlerde işlemci bant genişliği ile karşılaştırmasını yapacağız).

Aşağıdaki tablo günümüzde kullanılan DDR teknolojilerinin Maksimum Bant genişliği miktarlarını göstermektedir. Tek-kanal bellekte, Bellek Kontrolörü bir defada 64 bit veri işlerken çift-kanal modunda bu değerin iki katı olan 128bit veri işlemektedir. “Huni” örneğimize dönecek olursak, bu durum tek huni ile işlemciye 64bit veri aktarılırken, aynı zaman dilimi içerisinde çift huni ile işlemciye 128bit veri aktarılmasına benzer.

MAKSİMUM BANT GENİŞLİĞİ	ERİŞİLEN VERİ BİTİ	PC 133	PC2100 DDR266	PC2700 DDR333	PC3200 DDR400
Tek-kanal	64	1,1GB/s	1,1GB/s	2,7GB/s	3,2GB/s
Çift-kanal	128		4,2 GB/s	5,4 GB/s	6,4 GB/s

Maksimum Bant genişliği: Bellek Hızı x Kanal başına aktarılan byte sayısı x Kanal Sayısı
(veri hızı) (8 Byte yada 64 bit) (bir yada iki)
PC3200, yada diğer adıyla DDR400 için , çift kanal bellek desteği olan bir anakartta bu hesaplamayı yapacak olursak,
Maksimum Bant genişliği = (400 MHz) x (8 Byte) x (2 Kanal)
……………………………….. = saniyede 6400 Megabyte (MB/s)
…………………………………….yada saniyede 6.4 Gigabyte (GB/s)

4.0 İşlemci Ön Veriyoluna (Front-Side Bus) Bir Bakış

Bir işlemcinin bellek kontrolörü ile bağlantısını sağlayan arabirime işlemcinin ön veri yolu adı verilir (front-side bus – FSB). FSB, işlemciyi diğer birimlere bağlayan “yüksek hızlı otoyol”‘dur.

Front-side bus, işlemcinin veriyi bellek kontrolöründen ne kadar hızlı alabileceğini gösterir. En yeni işlemcilerin hızları çok yüksektir bu nedenle bellekten veri gelirken işlemcinin daha fazla veri gelmesi için boş olarak beklediği süreler oluşmaktadır. Verimliği arttırmak için bellek kontrolörü verileri işlemcinin alacağı kadar hızlı göndermeye çalışır (ve işlemcinin gönderdiği veriyi de bellek modüllerinde saklamaya çalışır). Maksimum verimlilik ancak bellek çıktısı hızının işlemci ön veriyolu hızına eşit olması ile sağlanabilir.

Intel’in en yeni Pentium4 işlemcileri, 533MHz ve 800MHz çalışma hızları olan veriyolu mimarilerine sahiptirler. Bu yapı, sırasıyla .2GB/s (533MHz x 8 Byte) ve 6.4GB/s (800MHz x 8 Byte) maksimum bant genişliği ile veri aktarmaktadır.

Aşağıdaki tabloda işlemci ve belleğin Maksimum Bantgenişliği değerleri gösterilmektedir:

 

*En iyi bellek uyumu, belleğin maksimum bantgenişliğinin, işlemcininkine eşit yada daha büyük değere sahip olduğunda gerçekleşir.

Tabloda da görüldüğü gibi, 533MHz ve 800MHz veriyolu hızına sahip olan mevcut P4 işlemciler (tabloda”P4/533″ ve “P4/800” olarak gösterilmiştir) en iyi performans için çift-kanal bellek mimarisine ihtiyaç duymaktadırlar. Böylece geliştirilecek yeni uygulamalarda da yüksek performansla çalışabilirler.

Örneğin, tek-kanal PC3200 bellek, P4/800 işlemci bantgenişliğinin sadece yarısını karşılayabilmektedir. Bu durumda tek kanal modunda uygulamalar için veri bekleyen işlemci adeta “açlıktan” ölmektedir.

Gelecekte üretilecek işlemcilerin veriyolu genişliği arttıkça, şu anda çift-kanal PC3200 platformlarla sunulan bellek performansı da yetersiz kalacak ve daha yüksek performansa ihtiyaç duyulacaktır.

5.0 Çİft-Kanal Belleği Kullanabilme

Günümüzde birçok sistemde çift-kanal desteği bulunmaktadır. Ancak bu tür sistemlerde gerekli ayarlar yapılarak tek-kanal yada çift kanal kullanılabilmektedir. Akılda tutulması gereken en önemli şey, yeni alınan çift-kanal desteğine bir bilgisayarın yada anakartın her iki bellek kanalının da çift-kanal modunu desteklemiyor olabileceğidir. Yuvalara sadece çok sayıda bellek modülü takılması çift-kanal bellek yapısını çalıştırılmaz. Bilgisayar kullanıcıları özel kurallara uyarak bellek modülleri taktıkları zaman gerçek çift-kanal belek performansı aldıklarından emin olabilirler.

Aksi takdirde sitemleri yine tek kanal performansı ile çalışacaktır. Ferrari’ye o kadar para verdikten sonra sadece birinci viteste kullanır mısınız?

Birçok çift-kanal sistemi dört adet DIMM bellek yuvasına sahiptir. İki yuva A kanalı için ve iki yuva da B kanalı içindir.

 

Intel çift-kanal DDR yongasetli anakartlarda en iyi çift-kanal performansını almak için, A ve B kanallarının 0 no’lu yuvalarına eş DIMM modüleri takılmalıdır. A ve B kanallarının 0 no’lu yuvalarına da eş DIMM modüleri takılmalıdır. Bir örnek vermek gerekirse; her iki DIMM 0 yuvasına 256MB DIMM ve her iki DIMM 1 yuvasına 512MB DIMM takılmalıdır.

Burada “eş” modüllerin anlamı:

1. Her iki modülde aynı kapasitededir (her ikisi de 256MB, yada 512MB)

2. Her iki modülde aynı hızdadır(her ikisi de PC2700 yada PC3200)

3. Her ikisi de aynı yonga ve taraf sayısına sahiptir (her ikisi modül de aynı dayıda yonga bulunmaktadır ve her iki modülde tek-taraflı / single-sided yada çift-taraflıdır / double-sided).

Intel 865 yada 875 yongaseti tabanlı Intel platformları için , kurallar aşağıdaki grafikteki gibi özetlenebilir:

 

İdeal olarak her iki kanal da; toplam olarak en az 512MB kapasiteye sahip iki 256MB’lik bellek takılacak DIMM yuvaları ile sınırlıdır. Sadece alt-uç/ low-end ve düşük fiyatlı sistemler, tipik olarak 128MB’lik bellek çiftleri ile gelmektedir. Bu 128MB’lık modüller giderek ortadan kalkmaktadır ve “sweet spot” 256MB DIMM bulmak da giderek zorlaşmaktadır. (sweet spot tanımı, satışa sunulan ve en iyi fiyat performans oranına sahip bellekler için kullanılır).

6.0 Performans Karşılaştırması

Infineon Technologies, karşılaştırma testini,; kullanıcılara bellek hızları ile tek ve çift-kanal bellek mimarileri arasındaki karşılaştırmaları sunacak şekilde hazırladı. Infineon’un karşılaştırmasında Intel 865G (kod adı “Springdale”) yongasetli Asus® P4P800-VM anakart kullanılmıştır.

Karşılaştırmada kullanılan bellekler, Infineon DDR DRAM yongalarını kullanan; Kingston DDR400 KVR400X64C25/256 ve /512 bellek modülleri ile DDR333 KVR333X64C25/256 ve /512 bellek modülleridir.

Farklı ekran kartları sonuçları farklı biçimde etkileyeceğinden üzerinde ekran kartı buluna bir anakart seçildi. Anakarta yerleşik ekran kartı kullanıldığı için 3D grafik karşılaştırmalarında düşük değerler elde edildi, ancak böylece yüksek performanslı ekran kartı kullanmayan ev ve ofis kullanıcıları için daha doğru sonuçlar elde edildi. Karşılaştırma testleri sonuçları incelenirken; en anlaşılır performans farklarının, farklı bellek konfigürasyonları arasında gerçekleştiği göz önüne alınmalıdır.

6.1 FUTUREMARK 3DMARK2001 KARŞILAŞTIRMASI:

 

Bir endüstri standardı olan bu 3D grafik karşılaştırmasında, tek-kanaldan çift-kanala doğru sıralanmış PC3200 bellekler sistem performansını yüzde 15’ten fazla arttırmaktadır. Tek-kanal PC2700’den çift-kanal PC3200’e gidildikçe performansta yüzde 25’den fazla artış olmaktadır. Buna ek olarak , 512MB toplam bellek yerine 1GB kullanıldığında sistem performansında yüzde 5 gibi belirgin biçimde artış olmaktadır.

 

6.2 idSOFTWARE QUAKE III KARŞILAŞTIRMASI:

Bir diğer popüler 3D karşılaştırması da, saniyedeki göreli kare değerini (FPS – frames per second) değerini göstermek için kullanılan Quake3 Arena’dır. 3DMark karşılaştırmasında olduğu gibi tek-kanaldan çift-kanal doğru gidildikçe sistem performansında belirgin bir artış görüldü.

6.3 SISOFTWARE SANDRA, STANDART BELLEK BANTGENİŞLİĞİ KARŞILAŞTIRMASI:

 

Bu karşılaştırma arttırılabilir bellek bantgenişliğini (MB/s)ölçmektedir. Beklendiği gibi, bellek bantgenişliği, tek-kanal PC2700’den çift-kanal PC3200’e doğru gidildikçe yaklaşık olarak yüzde 50 artmaktadır. Bir önceki karşılaştırmada olduğu gibi toplam bellek kapasitesi 1GB’a çıkarıldığında bellek bantgenişliği artmakta ancak bu yüzde olarak küçük bir miktar performans artışı sağlamaktadır.

6.4 VERITEST®MULTİMEDYA İÇERİĞİ YARATMA WINSTONE KARŞILAŞTIRMASI:

 

Multimedya İçeriği Yaratma karşılaştırması, Adobe® Photoshop, Macromedia® Director ve Microsoft® Windows gibi gerçek-dünya multimedya uygulamalarını kapsamaktadır. Bu karşılaştırmada da en iyi performansı çift-kanal PC3200 bellek gösterdi. Ve 3D karşılaştırmalarında olduğu gibi sistem belleği 512MB’dan 1GB’a çıkartıldığında içerik yaratma alanında da bir miktar performans artışı oldu.

7.0 Karşılaştırma Özeti

Eğer tüm karşılaştırma değerlerini bir araya getirip, PC3200 DIMM – 2x256MB modüllerin performansını referans noktası olarak kabul edersek, farklı kanal sayıları ve daha yavaş bellek modülleri kullanıldığında ortaya çıkan performans artış ve düşüşlerini açık bir şekilde görebiliriz.

 

8.0 Sonuç Çift-kanal DDR bellek sistemleri, kullanıcılara yeni bir sistem performansı düzeyi sunuyor. Son birkaç yıldır kullanıcıların düşük fiyatlı belle modüllerini tercih ettikleri göz önüne alındığında; yüksek hız ve performansı ile çift-kanal bellekler, – yukarıdaki karşılaştırmalarda da görüldüğü gibi – yeni fiyat/performans değeri düzeyi oluşturuyorlar. Çift-kanal bellek performansı, yalnızca birbirine eş bellek modüllerinin çiftler halinde doğru yuva konfigürasyonlarına takılması ile elde edilmektedir. Aksi taktirde, sistem eskisi gibi düşük performanslı, tek-kanal modunda çalışmaya devam edecektir. Çift-kanal bellek karşımızda duruyor. 2004 yılında ortaya çıkacak olan DDR bellekler ile şu anda olduğundan da yüksek hız ve performansa sahip çift-kanal bellek platformlarını görmek mümkün olacak.